JP6624339B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電圧を昇圧または降圧する電源装置に関する。

従来、直流電源に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータの電源装置に生じた異常を判定する技術が知られている。

特開２０１６−１４０１１８号公報（特許文献１）には、第１直流電源からグランドの間に順次直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点からグランドの間に順次直列に接続されたインダクタおよびキャパシタと、インダクタとキャパシタとの接続点と第２直流電源との間に接続された第３スイッチング素子とを備えた電源装置における異常判定方法が開示されている。

具体的には、通常動作においてインダクタと第３スイッチング素子との接続点の電圧値が第１しきい値以上である場合に、第３スイッチング素子をオフし、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子をオンオフする制御状態が実行される。この制御状態において、インダクタと第３スイッチング素子との接続点の電圧値が第２しきい値より大きい場合、第３スイッチング素子より第１直流電源側の異常と判定される。

第３スイッチング素子より第１直流電源側の異常と判定された場合、第１〜第３スイッチング素子をオフする制御状態が実行される。この制御状態において、インダクタと第３スイッチング素子との接続点の電圧が第３しきい値以上である場合、第１スイッチング素子の異常と判定される。インダクタと第３スイッチング素子との接続点の電圧が第３しきい値未満である場合、制御系の異常であると判定される。

特開２０１６−１４０１１８号公報

しかしながら、特開２０１６−１４０１１８号公報に記載の技術では以下の問題が生じる。通常動作においてインダクタと第３スイッチング素子との接続点の電圧が第１しきい値以上である場合に、第３スイッチング素子をオフし、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子をオンオフする制御状態が実行される。このとき、第１スイッチング素子がショート破壊している場合、第２スイッチング素子まで破壊されてしまう可能性がある。すなわち、故障部品を増やしてしまう可能性がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、故障部品を増やすことなく異常の判定を行なうことができる電源装置を提供することを目的とする。

本開示のある局面に従う電源装置は、第１直流電源を接続するための第１接続部と、第２直流電源を接続するための第２接続部と、第１接続部からグランドの間に順次直列に接続された第１スイッチおよび第２スイッチと、第１スイッチと第２スイッチとの接続点からグランドの間に順次直列に接続されたインダクタおよびキャパシタと、インダクタとキャパシタとの接続点と、第２接続部との間に接続された第３スイッチと、インダクタとキャパシタとの接続点の電圧値を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出された電圧値が目標値に近づくように第１スイッチおよび第２スイッチのオンオフ状態を制御するコンバータ制御部と、コンバータ制御部および第３スイッチの状態モードを、通常モード、第１異常判定モードおよび第２異常判定モードのいずれかに切り替え、電圧検出部が検出した電圧値に基づき異常を判定する異常判定部と、を備える。通常モードは、コンバータ制御部を動作させるとともに、第３スイッチをオン状態にする状態モードである。第１異常判定モードは、コンバータ制御部の動作を停止させて第１スイッチおよび第２スイッチをオフ状態にするとともに、第３スイッチをオフ状態にする状態モードである。第２異常判定モードは、コンバータ制御部を動作させるとともに、第３スイッチをオフ状態にする状態モードである。異常判定部は、通常モードのときに電圧検出部が検出した電圧値が第１しきい値を超える場合に、状態モードを通常モードから第１異常判定モードに切り替え、第１異常判定モードにおいて電圧検出部が検出した電圧値が第２しきい値を超える場合に第１スイッチが異常であると判定する。異常判定部は、第１異常判定モードのときに電圧検出部が検出した電圧値が第２しきい値未満である場合に、状態モードを第１異常判定モードから第２異常判定モードに切り替え、第２異常判定モードにおいて電圧検出部が検出した電圧値が第３しきい値を超える場合にコンバータ制御部が異常であると判定する。

好ましくは、第３スイッチはＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードのカソードは、インダクタとキャパシタとの接続点に接続される。ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードのアノードは、第２接続部に接続される。

好ましくは、第３スイッチは、ボディダイオードの方向が互いに逆方向となるように直列に接続された２つのＭＯＳＦＥＴを含む。

好ましくは、第３スイッチは双方向スイッチング素子である。
好ましくは、電源装置は、異常判定部による判定結果を記憶するための不揮発性記憶部をさらに備える。異常判定部は、不揮発性記憶部が異常有りを示す判定結果を記憶している場合、コンバータ制御部の動作を停止させて第１スイッチおよび第２スイッチをオフ状態にするとともに、第３スイッチをオフ状態にする。

本開示の電源装置は、故障部品を増やすことなく異常の判定を行なうことができる。

本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態１に係る電源装置における異常判定処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１の実施例１に係る電源装置を示す回路図である。 実施の形態１の別の実施例２に係る電源装置を示す回路図である。 実施の形態２に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。また、以下で説明する各実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

＜実施の形態１＞
（電源装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源装置１の構成を示す回路ブロック図である。図１に示されるように、電源装置１は、外部接続端子１１〜１４と、第１スイッチＱ１と、第２スイッチＱ２と、インダクタＬ１と、キャパシタＣ１と、第３スイッチＳＷ１と、コンバータ制御部１５と、電圧検出部１６と、異常判定部１７とを備える。

外部接続端子１１，１２には直流電源Ｖ１が接続される。外部接続端子１３，１４には直流電源Ｖ２が接続される。外部接続端子１２，１４はグランドに接続される。直流電源Ｖ１の電圧は、直流電源Ｖ２の電圧よりも高い。

電源装置１は、外部接続端子１１，１２に受けた電力を外部接続端子１３，１４から出力する場合には、外部接続端子１１，１２に印加された直流電圧を降圧する降圧コンバータとして機能する。このとき、電源装置１が備えるコンバータのトポロジーは、同期整流型の降圧チョッパ回路であり、電源装置１は、入力された直流電圧よりも低い直流電圧を出力する。一方、電源装置１は、外部接続端子１３，１４に受けた電力を外部接続端子１１，１２から出力する場合には、外部接続端子１３，１４に印加された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータとして機能する。このとき、電源装置１が備えるコンバータのトポロジーは、同期整流型の昇圧チョッパ回路であり、電源装置１は、入力された直流電圧よりも高い直流電圧を出力する。このように、電源装置１は、双方向に電力を伝送できる。

外部接続端子１１，１２の間には第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２が順次直列に接続される。第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。なお、第２スイッチＱ２は、ダイオードによって構成されてもよい。この場合、ダイオードのカソードが第１スイッチＱ１に接続される。

第１スイッチＱ１と第２スイッチＱ２との接続点とグランドとの間には、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とが順次直列に接続される。

インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続点Ｎ１は、第３スイッチＳＷ１を介して外部接続端子１３に接続される。第３スイッチＳＷ１は、たとえばＭＯＳＦＥＴ等により構成される。後述するように、第３スイッチＳＷ１は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続点Ｎ１の電圧値が正常範囲内であるときにはオン状態となり、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続点Ｎ１の電圧値が異常に高くなったときにはオフ状態となる。これにより、第３スイッチＳＷ１は、外部接続端子１３，１４に過電圧が印加されることを防ぐ保護スイッチとして機能する。

さらに、第３スイッチＳＷ１は、外部接続端子１３，１４に直流電源Ｖ２を接続する際にもオフ状態とされる。これは、外部接続端子１３，１４に極性を逆にした状態の直流電源Ｖ２が接続されたときに過大な短絡電流が流れ、電源装置１が故障することを防ぐためである。

コンバータ制御部１５は、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオンオフ状態を制御し、外部接続端子１１，１２に入力された直流電圧を降圧する降圧コンバータ動作、または外部接続端子１３，１４に入力された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ動作を行なう。なお、第２スイッチＱ２がダイオードである場合、コンバータ制御部１５は、第１スイッチＱ１のみのオンオフ状態を制御する。コンバータ制御部１５は、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２におけるオン状態のデューティ期間を決定し、決定したデューティ期間に従って第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオンオフ状態を制御する。

コンバータ制御部１５は、電圧検出部１６より接続点Ｎ１における電圧値Ｖｓを受ける。コンバータ制御部１５は、降圧コンバータ動作時において、電圧検出部１６から受ける電圧値Ｖｓが目標値に収束するように第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオンオフ状態を制御するフィードバック制御を行なう。

電圧検出部１６は、接続点Ｎ１における電圧値Ｖｓを検出する。接続点Ｎ１における電圧値Ｖｓは、降圧コンバータ動作時において、降圧コンバータ動作により得られた直流電圧の電圧値である。電圧検出部１６は、検出した電圧値Ｖｓをコンバータ制御部１５および異常判定部１７に出力する。

異常判定部１７は、接続点Ｎ１における電圧値Ｖｓの異常を判定する。当該電圧値Ｖｓの異常の原因として、直流電源Ｖ２のサージ異常、第１スイッチＱ１のショート破壊、コンバータ制御部１５におけるフィードバック制御の異常が考えられる。

直流電源Ｖ２のサージ異常とは、直流電源Ｖ２に異常に高い電圧が瞬間的に発生する現象である。直流電源Ｖ２に接続されている負荷や発電機の状態または外部接続端子１３，１４と直流電源Ｖ２とを接続するラインのインダクタンスにより、直流電源Ｖ２のサージ異常が生じ得る。直流電源Ｖ２のサージ異常が生じると、外部接続端子１３および第３スイッチＳＷ１を介して接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓも瞬間的に異常に高くなる。直流電源Ｖ２のサージ異常は瞬間的であり、その後、直流電源Ｖ２の電圧値は正常時の電圧範囲に収束する。

第１スイッチＱ１のショート破壊とは、第１スイッチＱ１が破壊して常に導通状態となる現象である。第１スイッチＱ１のショート破壊が生じると、接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓは、直流電源Ｖ１の電圧値まで異常に高くなる。

コンバータ制御部１５におけるフィードバック制御の異常とは、コンバータ制御部１５が降圧コンバータ動作を行なうときに、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオンオフ状態が正常に制御されず、接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓが目標値よりも異常に高くなる現象である。たとえば、何等かの原因により目標値と電圧値Ｖｓとの差が実際の値よりも大きく誤って判定され、コンバータ制御部１５が第１スイッチＱ１のオン期間を最大値まで上げてしまう場合にフィードバック制御の異常が生じる。

異常判定部１７は、コンバータ制御部１５および第３スイッチＳＷ１の状態モードを、通常モード、第１異常判定モードおよび第２異常判定モードのいずれかに切り替える。

通常モードは、コンバータ制御部１５を動作させるとともに、第３スイッチＳＷ１をオン状態にする状態モードである。通常モードにおいて降圧コンバータ動作を行なうとき、コンバータ制御部１５はフィードバック制御を行なう。

第１異常判定モードは、コンバータ制御部１５の動作を停止させて第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２をオフ状態にするとともに、第３スイッチＳＷ１をオフ状態にする状態モードである。

第２異常判定モードは、コンバータ制御部１５を動作させるとともに、第３スイッチＳＷ１をオフ状態にする状態モードである。第２異常判定モードにおいて、コンバータ制御部１５はフィードバック制御を行なう。

異常判定部１７は、通常モードのときに電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第１しきい値Ｖｔｈ１を超える場合に、状態モードを通常モードから第１異常判定モードに切り替える。第１しきい値Ｖｔｈ１は、直流電源Ｖ２のサージ異常、第１スイッチＱ１のショート破壊およびコンバータ制御部１５におけるフィードバック異常のいずれかが生じたときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最小値よりも小さく、かつ、電源装置１が正常状態のときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最大値よりも大きい値である。第１しきい値Ｖｔｈ１は予め設定される。

異常判定部１７は、第１異常判定モードにおいて電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第２しきい値Ｖｔｈ２を超える場合に、第１スイッチＱ１が異常である（つまり、第１スイッチＱ１にショート破壊が生じている）と判定する。第２しきい値Ｖｔｈ２は、第１スイッチＱ１のショート破壊が生じたときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最小値よりも小さく、かつ、電源装置１が正常状態のときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最大値よりも大きい値である。第２しきい値Ｖｔｈ２は予め設定される。

異常判定部１７は、第１異常判定モードのときに電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第２しきい値Ｖｔｈ２未満である場合に、状態モードを第１異常判定モードから第２異常判定モードに切り替える。

異常判定部１７は、第２異常判定モードにおいて電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第３しきい値Ｖｔｈ３を超える場合にコンバータ制御部１５が異常である（つまり、フィードバック制御の異常が生じている）と判定する。第３しきい値Ｖｔｈ３は、コンバータ制御部１５においてフィードバック制御の異常が生じたときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最小値よりも小さく、かつ、電源装置１が正常状態のときに接続点Ｎ１が取り得る電圧値の最大値よりも大きい値である。第３しきい値Ｖｔｈ３は予め設定される。

異常判定部１７は、第２異常判定モードにおいて電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第３しきい値Ｖｔｈ３以下である場合に、直流電源Ｖ２のサージ異常によって瞬間的に電圧値Ｖｓが高くなったと判定する。

第１しきい値Ｖｔｈ１、第２しきい値Ｖｔｈ２および第３しきい値Ｖｔｈ３は、同一の値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。たとえば、直流電源Ｖ１が４８Ｖバッテリで構成され、直流電源Ｖ２が１２Ｖバッテリで構成される場合、第１しきい値Ｖｔｈ１、第２しきい値Ｖｔｈ２および第３しきい値Ｖｔｈ３は、たとえば２７Ｖ程度に設定される。直流電源Ｖ１が４８Ｖバッテリで構成される場合、バッテリの出力電圧の変動を考慮すると、外部接続端子１１，１２には３０〜５０数Ｖ程度の電圧が印加される。一方、直流電源Ｖ２が１２Ｖバッテリで構成される場合、バッテリの出力電圧の変動を考慮すると、外部接続端子１３，１４には１０〜１６Ｖ程度の電圧が印加される。電源装置１が正常に降圧コンバータ動作している場合、外部接続端子１１，１２に印加された直流電圧は、外部接続端子１３，１４に印加される直流電圧と同程度に降圧される。すなわち、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続点Ｎ１の電圧値は、１０〜１６Ｖ程度になる。そのため、第１しきい値Ｖｔｈ１、第２しきい値Ｖｔｈ２および第３しきい値Ｖｔｈ３を２７Ｖ程度に設定することにより、接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓの異常を判定することができる。

（電源装置の処理の流れ）
図２を参照して、電源装置１における異常判定処理の流れについて説明する。図２は、電源装置１における異常判定処理の流れを示すフローチャートである。

まず、異常判定部１７は、コンバータ制御部１５および第３スイッチＳＷ１の状態モードを通常モードに設定する（ステップＳ１）。すなわち、第３スイッチＳＷ１はオン状態となり、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２はオンオフ制御される。

次に、異常判定部１７は、ステップＳ１から所定時間（たとえば１０ｍｓ）経過した後に電圧検出部１６によって検出された電圧値Ｖｓと第１しきい値Ｖｔｈ１とを比較し、Ｖｓ＞Ｖｔｈ１を満たすか否か判定する（ステップＳ２）。

Ｖｓ≦Ｖｔｈ１である場合（Ｓ２でＮＯ）、異常判定処理はステップＳ１に戻される。Ｖｓ＞Ｖｔｈ１である場合（Ｓ２でＹＥＳ）、異常判定部１７は、コンバータ制御部１５および第３スイッチＳＷ１の状態モードを、通常モードから第１異常判定モードに切り替える（ステップＳ３）。すなわち、第１スイッチＱ１、第２スイッチＱ２および第３スイッチＳＷ１はオフ状態となる。

次に、異常判定部１７は、ステップＳ３から所定時間経過した後に電圧検出部１６によって検出された電圧値Ｖｓと第２しきい値Ｖｔｈ２とを比較し、Ｖｓ＞Ｖｔｈ２を満たすか否かを判定する（ステップＳ４）。通常モードから第１異常判定モードに切り替えてから所定時間経過するまで待機するのは、通常モードのときに接続点Ｎ１に蓄積された電荷を解放するためである。ここで所定時間は、電源装置１の回路構成によって適宜設定され、たとえば数秒（２〜３秒）である。

ここで第１スイッチＱ１にショート破壊が生じている場合、接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓは、直流電源Ｖ１の電圧値まで上昇する。そのため、Ｖｓ＞Ｖｔｈ２を満たす場合（Ｓ４でＹＥＳ）、異常判定部１７は、第１スイッチＱ１が異常であると判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の後、異常判定処理は終了する。

一方、Ｖｓ≦Ｖｔｈ２である場合（Ｓ４でＮＯ）、異常判定部１７は、コンバータ制御部１５および第３スイッチＳＷ１の状態モードを、第１異常判定モードから第２異常判定モードに切り替える（ステップＳ５）。すなわち、第３スイッチＳＷ１はオフ状態となり、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２はオンオフ制御される。

次に、異常判定部１７は、ステップＳ５から所定時間経過した後に電圧検出部１６によって検出された電圧値Ｖｓと第３しきい値Ｖｔｈ３とを比較し、Ｖｓ＞Ｖｔｈ３を満たすか否かを判定する（ステップＳ６）。第１異常判定モードから第２異常判定モードに切り替えてから所定時間経過するまで待機するのは、第１異常判定モードのときに接続点Ｎ１に蓄積された電荷を解放するためである。ここで所定時間は、電源装置１の回路構成によって適宜設定され、たとえば数秒（２〜３秒）である。

ここでコンバータ制御部１５においてフィードバック制御の異常が生じている場合、降圧コンバータ動作時における接続点Ｎ１の電圧値Ｖｓは、異常に高くなる。そのため、Ｖｓ＞Ｖｔｈ３を満たす場合（Ｓ６でＹＥＳ）、異常判定部１７は、コンバータ制御部１５が異常であると判定する（ステップＳ８）。

一方、Ｖｓ≦Ｖｔｈ３である場合（Ｓ６でＮＯ）、異常判定部１７は、ステップＳ２でＶｓ＞Ｖｔｈ１と判定された原因が直流電源Ｖ２におけるサージ異常による一時的なものであり、現時点では異常無しと判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７，Ｓ８の後、異常判定部１７は、コンバータ制御部１５および第３スイッチＳＷ１の状態モードを第２異常判定モードから第１異常判定モードに戻して、電源装置１におけるコンバータ動作を停止させる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の後、異常判定処理は終了する。

なお、ステップＳ１０の後に再起動指示を受けると、電源装置１は再起動する。このとき、前回の異常判定処理において、ステップＳ２にてＶｓ＞Ｖｔｈ１と判定されたものの、ステップＳ７にて異常なしと判定された場合、前回の異常が一時的なものであるため、電源装置１は、正常にコンバータ動作を再開することができる。一方、前回の異常判定処理においてコンバータ制御部１５または第１スイッチＱ１が異常であると判定された場合、修理等のメンテナンスが実行されない限り、電源装置１は、再度ステップＳ１０により、コンバータ動作を停止することになる。

以上のように、異常判定部１７は、通常モードのときに電圧検出部１６が検出した電圧値Ｖｓが第１しきい値Ｖｔｈ１を超える場合に、状態モードを通常モードから第１異常判定モードに切り替える。すなわち、異常判定部１７は、第３スイッチＳＷ１をオフとし、コンバータ制御部１５を停止させる。異常判定部１７は、第１異常判定モードにおいて電圧値Ｖｓが第２しきい値Ｖｔｈ２を超える場合に、第１スイッチＱ１が異常であると判定する。また、異常判定部１７は、第１異常判定モードのときに電圧値Ｖｓが第２しきい値Ｖｔｈ２未満である場合に、状態モードを第１異常判定モードから第２異常判定モードに切り替える。すなわち、異常判定部１７は、第３スイッチＳＷ１をオフとし、コンバータ制御部１５を動作させる。異常判定部１７は、第２異常判定モードにおいて電圧値Ｖｓが第３しきい値Ｖｔｈ３を超える場合にコンバータ制御部１５が異常であると判定する。

このように、通常モードのときに電圧値Ｖｓが第１しきい値Ｖｔｈ１を超えた場合、第３スイッチＳＷ１がオフ状態にされ、コンバータ制御部１５の動作が停止される。そして、この状態において、第１スイッチＱ１の異常の有無が判定される。その後、第１スイッチＱ１が異常ではないことが確認されてから、コンバータ制御部１５を動作させ、コンバータ制御部１５の異常の有無が判定される。そのため、第１スイッチＱ１がショート破壊を起こしている状態において、コンバータ制御部１５が動作しない。その結果、第１スイッチＱ１のショート破壊に起因した第２スイッチＱ２の故障を抑制することができる。これにより、故障部品を増やすことなく異常の判定を行なうことができる。

（電源装置の実施例１）
次に、本実施の形態１に係る電源装置１の具体的な実施例について説明する。電源装置１は、２つの異なる直流電源Ｖ１，Ｖ２が搭載されるシステムに適用される。たとえば、リチウムイオン電池である４８Ｖバッテリを直流電源Ｖ１として備え、鉛蓄電池である１２Ｖバッテリを直流電源Ｖ２として備える車両システムなどにも適用することができる。

図３は、実施の形態１の実施例１に係る電源装置１ａを示す回路図である。図３に示されるように、電源装置１ａは、外部接続端子１１〜１４と、通信ポート１９と、第１スイッチＱ１と、第２スイッチＱ２と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０と、インダクタＬ１と、キャパシタＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１と、ドライバ１５２と、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）１８とを備える。

外部接続端子１１，１２には、リチウムイオン電池である直流電源Ｖ１の他に負荷２が接続される。負荷２は、直流電源Ｖ１の電圧によって駆動する。一方、外部接続端子１３，１４には、鉛蓄電池である直流電源Ｖ２の他に、負荷３と発電機４とが接続される。負荷３は、直流電源Ｖ２の電圧によって駆動する。発電機４は、たとえばオルタネータである。

直流電源Ｖ２の充電状態が低い場合、電源装置１ａは、直流電源Ｖ１から受けた直流電圧を降圧することにより得られた直流電圧によって、直流電源Ｖ２を充電する。一方、直流電源Ｖ１の充電状態が低い場合、電源装置１ａは、発電機４および直流電源Ｖ２から受けた直流電圧を昇圧することにより得られた直流電圧によって、直流電源Ｖ１を充電する。

ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０は、第３スイッチＳＷ１として機能するスイッチング素子である。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン端子は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との接続点Ｎ１に接続される。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子は、外部接続端子１３に接続される。このとき、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のボディダイオードＤ１のカソードが接続点Ｎ１に接続され、ボディダイオードＤ１のアノードが外部接続端子１３に接続される。これにより、接続点Ｎ１が電圧値が異常に高くなった場合であっても、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０をオフ状態にすることにより、異常に高い電圧が外部接続端子１３，１４から出力されることを防止できる。

キャパシタＣ２は、外部接続端子１１と外部接続端子１２との間に接続され、外部接続端子１１，１２に入力される直流電圧を安定化する。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、接続点Ｎ１とグランドとの間に順次直列に接続され、接続点Ｎ１における電圧を分圧する。同様に、抵抗Ｒ３，Ｒ４は、接続点Ｎ１とグランドとの間に順次直列に接続され、接続点Ｎ１における電圧を分圧する。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１に接続される。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点は、マイコン１８に接続される。

ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１およびドライバ１５２は、コンバータ制御部１５を構成する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびインターフェースを含む集積回路である。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧値に基づいて、接続点Ｎ１における電圧値Ｖｓを演算する。すなわち、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とＤＣ／ＤＣ制御回路１５１の一部とは、電圧検出部１６を構成する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、電圧値Ｖｓと指定された目標値との差電圧を演算する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、演算した差電圧に基づいて、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２の各々のオン期間の長さに相当するデューティ期間を演算する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、いわゆるＰ制御、ＰＩ制御、あるいはＰＩＤ制御によって、デューティ期間を演算する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、演算したデューティ期間に基づいて、ドライバ１５２に指令を出力する。

なお、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、マイコン１８から動作信号を受けている間だけデューティ期間を演算する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１は、マイコン１８から停止信号を受けている間、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオン期間を０とし、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２をオフ状態にする。

ドライバ１５２は、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のゲート端子に接続される。ドライバ１５２は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１からの指令に従ってパルス信号を生成し、生成したパルス信号を第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のゲート端子に出力する。これにより、ドライバ１５２は、第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２のオンオフ制御を行なう。

マイコン１８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびインターフェースを含むコンピュータである。マイコン１８は、アナログ／デジタル変換を行なうＡＤコンバータ１８１を含む。ＡＤコンバータ１８１は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の電圧のアナログ値をデジタル値である電圧値Ｖｓに変換する。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とＡＤコンバータ１８１とは、電圧検出部１６を構成する。

マイコン１８のＲＯＭには、上述した異常判定部１７の処理を行なうためのプログラムが予め記憶されている。マイコン１８のＣＰＵは、当該プログラムを実行することにより、異常判定部１７として機能する。マイコン１８にはＤＣ／ＤＣ制御回路１５１とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のゲート端子とが接続される。マイコン１８は、ＡＤコンバータ１８１によって得られた電圧値Ｖｓに基づいて決定した状態モードに従って、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１に動作信号または停止信号を出力する。さらに、マイコン１８は、決定した状態モードに従って、オン信号またはオフ信号をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のゲート端子に出力する。

マイコン１８は、通信ポート１９と接続され、異常判定処理の結果を示すデータを通信ポート１９を介して外部装置に出力する。これにより、ユーザは、外部装置を介して異常判定処理の結果を確認でき、当該結果に応じた作業（たとえば、第１スイッチＱ１、ＤＣ／ＤＣ制御回路１５１、ドライバ１５２のいずれかの点検および交換）を行なうことができる。

（電源装置の実施例２）
図４は、実施の形態１の別の実施例２に係る電源装置１ｂを示す回路図である。図４に示されるように、電源装置１ｂは、実施例１に係る電源装置１ａと比較して、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２１を備える点でのみ相違する。実施例２に係る電源装置１ｂでは、２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０，２１により第３スイッチＳＷ１が構成される。

ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２１は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０と外部接続端子１３との間に接続される。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２１のボディダイオードＤ２のカソードが外部接続端子１３に接続され、ボディダイオードＤ２のアノードがｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０のボディダイオードＤ１のアノードに接続される。すなわち、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２０，２１は、それぞれのボディダイオードＤ１，Ｄ２の方向が互いに逆となるように接続される。ボディダイオードＤ１，Ｄ２の方向を逆方向にすることで、直流電源Ｖ２側が、直流電源Ｖ１側よりも高電位となった場合でも、外部接続端子１３，１４からインダクタＬ１へ流れる電流を遮断できる。これにより、直流電源Ｖ２において定常的な過電圧異常が起きた場合であっても、マイコン１８によって構成される異常判定部１７（図１参照）は、当該定常的な過電圧異常の影響を受けることなく、第１スイッチＱ１またはコンバータ制御部１５の異常を判定することができる。なお、直流電源Ｖ２において定常的な過電圧異常が起きる場合とは、所望の電圧（たとえば１２Ｖ）よりも高い電圧のバッテリを誤って外部接続端子１３，１４に接続したような場合である。

さらに、外部接続端子１３，１４からインダクタＬ１へ流れる電流を遮断することで、第２スイッチＱ２へ電流が流れ込むことを防止でき、第２スイッチＱ２の素子破壊を抑制できる。

なお、第３スイッチＳＷ１は、双方向に導通および遮断が可能な双方向スイッチング素子であってもよい。双方向スイッチング素子として、ボディダイオードが形成されないＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ワイドバンドギャップ半導体スイッチであるＧａＮ−ＦＥＴ、リレーのようなメカニカルスイッチなどを用いることができる。この場合、第３スイッチＳＷ１を一つの素子で構成できるため、省スペース化が図れる。

＜実施の形態２＞
図５を参照して、本発明の実施の形態２に係る電源装置１０について以下に説明する。図５は、実施の形態２に係る電源装置１０の構成を示す回路ブロック図である。

図５に示されるように、電源装置１０は、図１に示す電源装置１と比較して、不揮発性記憶部２２を備えるとともに、異常判定部１７の代わりに異常判定部１７ａを備える点で相違する。その他の点は図１に示される電源装置１と同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。

不揮発性記憶部２２は、異常判定部１７ａによる最新の判定結果を記憶するためのメモリーである。不揮発性記憶部２２は、たとえば図３に示すマイコン１８に内蔵されてもよい。

異常判定部１７ａは、実施の形態１の異常判定部１７の機能に加えて、以下の機能を有する。異常判定部１７ａは、第１スイッチＱ１が異常であると判定した場合（図２のステップＳ９参照）、およびコンバータ制御部１５が異常であると判定した場合（図２のステップＳ８参照）、異常有りを示す判定結果を不揮発性記憶部２２に格納する。異常判定部１７ａは、異常無しと判定した場合（図２のステップＳ７参照）、異常無しを示す判定結果を不揮発性記憶部２２に格納する。なお、異常判定部１７ａは、図２に示すステップＳ７〜Ｓ９のいずれかの処理を実行したときに不揮発性記憶部２２が既に判定結果を記憶している場合、不揮発性記憶部２２が記憶する判定結果を更新する。

異常判定部１７ａは、不揮発性記憶部２２が異常有りを示す判定結果を記憶している場合、コンバータ制御部１５の動作を停止させて第１スイッチＱ１および第２スイッチＱ２をオフ状態にするとともに、第３スイッチＳＷ１をオフ状態にする。これにより、異常有りを示す判定結果が不揮発性記憶部２２に格納された後に電源装置１０を再起動した場合であっても、過電圧が外部接続端子１３，１４から出力されることを抑制することができる。

ただし、異常判定部１７ａは、不揮発性記憶部２２が異常有りを示す判定結果を記憶している場合、所定のタイミングにおいて、図２に示すステップＳ４〜Ｓ１０の処理を実行する。ここで、所定のタイミングとは、上位制御部から再判定指示を受けたタイミング、電源装置１０を再起動してから所定時間（たとえば数秒（２〜３秒））経過したタイミングなどである。これにより、誤判定により異常有りを示す判定結果が不揮発性記憶部２２に格納された場合であっても、異常判定部１７ａは、所定のタイミングで再度判定を行ない、不揮発性記憶部２２に記憶される判定結果を異常無しに更新することができる。その結果、電源装置１０は再起動することができる。あるいは、第１スイッチＱ１に導体が接触することにより第１スイッチＱ１が異常であると判定された場合、異常判定部１７ａは、当該導体が取り除かれた後の所定のタイミングで再度判定を行なうことができる。その結果、不揮発性記憶部２２に記憶される判定結果が異常無しを示すように更新され、電源装置１０は再起動することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１ａ，１ｂ，１０ 電源装置、２，３ 負荷、４ 発電機、１１〜１４ 外部接続端子、１５ コンバータ制御部、１６ 電圧検出部、１７，１７ａ 異常判定部、１８ マイコン、１９ 通信ポート、２０，２１ ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、２２ 不揮発性記憶部、１５１ ＤＣ／ＤＣ制御回路、１５２ ドライバ、１８１ ＡＤコンバータ、Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２ ボディダイオード、Ｌ１ インダクタ、Ｎ１ 接続点、Ｑ１ 第１スイッチ、Ｑ２ 第２スイッチ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗、ＳＷ１ 第３スイッチ、Ｖ１，Ｖ２ 直流電源。

Claims (5)

1. 第１直流電源を接続するための第１接続部と、
   第２直流電源を接続するための第２接続部と、
   前記第１接続部からグランドの間に順次直列に接続された第１スイッチおよび第２スイッチと、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点からグランドの間に順次直列に接続されたインダクタおよびキャパシタと、
   前記インダクタと前記キャパシタとの接続点と、前記第２接続部との間に接続された第３スイッチと、
   前記インダクタと前記キャパシタとの接続点の電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部により検出された電圧値が目標値に近づくように前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのオンオフ状態を制御するコンバータ制御部と、
   前記コンバータ制御部および前記第３スイッチの状態モードを、通常モード、第１異常判定モードおよび第２異常判定モードのいずれかに切り替え、前記電圧検出部が検出した電圧値に基づき異常を判定する異常判定部と、を備え、
   前記通常モードは、前記コンバータ制御部を動作させるとともに、前記第３スイッチをオン状態にする状態モードであり、
   前記第１異常判定モードは、前記コンバータ制御部の動作を停止させて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフ状態にするとともに、前記第３スイッチをオフ状態にする状態モードであり、
   前記第２異常判定モードは、前記コンバータ制御部を動作させるとともに、前記第３スイッチをオフ状態にする状態モードであり、
   前記異常判定部は、
   前記通常モードのときに前記電圧検出部が検出した電圧値が第１しきい値を超える場合に、前記状態モードを前記通常モードから前記第１異常判定モードに切り替え、前記第１異常判定モードにおいて前記電圧検出部が検出した電圧値が第２しきい値を超える場合に前記第１スイッチが異常であると判定し、
   前記第１異常判定モードのときに前記電圧検出部が検出した電圧値が第２しきい値未満である場合に、前記状態モードを前記第１異常判定モードから前記第２異常判定モードに切り替え、前記第２異常判定モードにおいて前記電圧検出部が検出した電圧値が第３しきい値を超える場合に前記コンバータ制御部が異常であると判定する、電源装置。
2. 前記第３スイッチはＭＯＳＦＥＴであり、
   前記ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードのカソードは、前記インダクタと前記キャパシタとの接続点に接続され、
   前記ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードのアノードは、前記第２接続部に接続される、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第３スイッチは、ボディダイオードの方向が互いに逆方向となるように直列に接続された２つのＭＯＳＦＥＴを含む、請求項１に記載の電源装置。
4. 前記第３スイッチは双方向スイッチング素子である、請求項１に記載の電源装置。
5. 前記異常判定部による判定結果を記憶するための不揮発性記憶部をさらに備え、
   前記異常判定部は、前記不揮発性記憶部が異常有りを示す判定結果を記憶している場合、前記コンバータ制御部の動作を停止させて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフ状態にするとともに、前記第３スイッチをオフ状態にする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。

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