JP6686857B2 - 短絡故障検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光発電システムに用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの短絡故障を検出する装置に関する。
例えば、特許文献１に、最大電力点追従手法（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）を用いて、太陽電池（ソーラーパネル）で発電される電力を制御する太陽光発電システムが開示されている。
特開２０１５−２０７２３８号公報
一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するアーム（アームを構成するスイッチング素子や整流素子）が短絡故障を起こした場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ（短絡故障したアーム）を流れる電流が大きく増加する。よって、この電流の増加（すなわち短絡電流の発生）を適切に判断すれば、アーム（素子）の短絡故障を容易に検出することができる。
ここで、太陽電池は、電流源として動作することが知られている。このため、上記特許文献１に記載の太陽光発電システムなどのように、太陽電池の発電電力を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータでは、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するアーム（素子）が短絡故障を起こしても、ＤＣ−ＤＣコンバータを流れる電流が、太陽電池のＩ−Ｖ特性で定まる値以上に増加することがない。
このように、太陽電池の発電電力を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータでは、上述した電流の増加（短絡電流の発生）を判断してアーム（素子）の短絡故障を検出することが困難である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、太陽電池の発電電力を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータにおいて短絡故障が発生していることを容易に検出することができる短絡故障検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、太陽電池の発電電力を入力して所定の電圧を蓄電手段へ出力する昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータにおける短絡故障を検出する短絡故障検出装置であって、太陽電池からＤＣ−ＤＣコンバータへ出力される電圧を検出する電圧検出部と、ＤＣ−ＤＣコンバータから蓄電手段へ出力される電流を検出する電流検出部と、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子を制御して、電圧検出部および電流検出部の検出値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの各アームの短絡故障を判定する制御部と、を備え、制御部は、降圧用上アームのスイッチング素子をＯＦＦ制御し、かつ、降圧用下アームまたは昇圧用下アームのいずれかに用いられるスイッチング素子をＯＮ制御したときの、電圧検出部の検出電圧に基づいて、降圧用上アームが短絡故障しているか否かを判定し、降圧用上アームのスイッチング素子をＯＮ制御し、かつ、降圧用下アームおよび昇圧用下アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、電圧検出部の検出電圧に基づいて、降圧用下アームおよび昇圧用下アームの少なくとも１つが短絡故障しているか否かを判定し、降圧用下アーム、昇圧用上アーム、および昇圧用下アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、電流検出部の検出電流に基づいて、昇圧用上アームが短絡故障しているか否かを判定する、ことを特徴とする。
この第１の態様によれば、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成する降圧用上アーム素子、降圧用下アーム素子、および昇圧用下アーム素子について短絡故障を検出する場合、予め定めた組み合わせに従って、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。この予め定めた組み合わせでは、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御により、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していれば、太陽電池が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子側の電圧を所定の値よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子側の電圧を検出すれば、検出電圧に基づいて検出対象とするアーム（素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、第１の態様によれば、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成する昇圧用上アーム素子について短絡故障を検出する場合、予め定めた組み合わせに従って、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。この予め定めた組み合わせでは、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ内で逆電流経路が形成されるようになっている。
この制御により、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していれば、蓄電手段が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子側の電流を所定の値よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子側の電流を検出すれば、検出電流に基づいて検出対象とするアーム（素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、本発明の第２の態様は、太陽電池の発電電力を入力して所定の電圧を出力する降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータにおける短絡故障を検出する短絡故障検出装置であって、太陽電池からＤＣ−ＤＣコンバータへ出力される電圧を検出する電圧検出部と、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子を制御して、電圧検出部の検出値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの各アームの短絡故障を判定する制御部と、を備え、制御部は、上アームのスイッチング素子をＯＦＦ制御し、かつ、下アームのスイッチング素子をＯＮ制御したときの、電圧検出部の検出電圧に基づいて、上アームが短絡故障しているか否かを判定し、上アームのスイッチング素子をＯＮ制御し、かつ、下アームのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、電圧検出部の検出電圧に基づいて、下アームが短絡故障しているか否かを判定する、ことを特徴とする。
この第２の態様によれば、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて上アームおよび下アームのスイッチング素子の短絡故障を検出する場合、予め定めた組み合わせに従って、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。この予め定めた組み合わせでは、検出対象とする構成素子が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御により、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していれば、太陽電池が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子側の電圧を所定の値よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子側の電圧を検出すれば、検出電圧に基づいて検出対象とするアーム（素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
上記本発明の短絡故障検出装置によれば、太陽電池の発電電力を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータにおいて短絡故障が発生していることを容易に検出することができる。
本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置を適用した太陽光発電システムの構成例（ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）） 図１Ａの短絡故障検出装置が実施する素子短絡故障の判定方法の説明図 本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置を適用した太陽光発電システムの構成例（ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）） 図２Ａの短絡故障検出装置が実施する素子短絡故障の判定方法の説明図 本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置を適用した太陽光発電システムの構成例（ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）） 図３Ａの短絡故障検出装置が実施する素子短絡故障の判定方法の説明図 本発明の第２の実施形態に係る短絡故障検出装置を適用した太陽光発電システムの構成例 図４Ａの短絡故障検出装置が実施する素子短絡故障の判定方法の説明図 太陽電池のＩ−Ｖ特性の一例を示す図 太陽電池の開放電圧の一例を示す図
［概要］
本発明の短絡故障検出装置では、太陽電池が接続されたＤＣ−ＤＣコンバータにおいて降圧用上アーム素子、降圧用下アーム素子、および昇圧用下アーム素子について短絡故障を検出する場合、対象アーム（素子）が短絡故障した時にＤＣ−ＤＣコンバータ内で短絡経路が形成される組み合わせで、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。この制御により、対象アーム（素子）が短絡故障していれば、太陽電池が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子側の電圧が変化するため、入力端子側で検出される電圧に基づいて対象アーム（素子）が短絡故障しているか否かを判定できる。
［第１の実施形態］
図１Ａ、図２Ａ、および図３Ａは、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置４１０を適用した太陽光発電システム１０の構成例を示す図である。各図に例示した太陽光発電システム１０は、太陽電池１００と、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０と、蓄電手段３００と、短絡故障検出装置４１０と、を含んで構成されている。各図におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は、後述するように構成素子が異なっている。
本実施形態に係る短絡故障検出装置４１０は、太陽電池１００の発電電力を入力して所定の電圧を蓄電手段３００へ出力する昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０における短絡故障を検出する装置である。短絡故障検出装置４１０は、制御部４３０と、電圧検出部４４０と、電流検出部４５０と、を備えている。
太陽電池１００の出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の入力端子に接続されている。太陽電池１００の出力端子の正極側と負極側との間には、電圧検出部４４０が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の出力端子は、正極側が電流検出部４５０を介して、蓄電手段３００の入力端子に接続されている。制御部４３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０、電圧検出部４４０、および電流検出部４５０に、接続されている。
太陽電池１００は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽光発電装置であって、例えばソーラーパネルなどの太陽電池モジュールである。この太陽電池１００は、発電によって得られた電力をＤＣ−ＤＣコンバータ２１０に出力する。
電圧検出部４４０は、例えば電圧センサで構成されており、発電電力に応じて太陽電池１００からＤＣ−ＤＣコンバータ２１０へ出力される電圧を検出するために設けられている。この電圧検出部４４０で検出された電圧は、検出電圧Ｖinとして制御部４３０へ出力される。
電流検出部４５０は、例えば電流センサで構成されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０から蓄電手段３００に出力される電流を検出するために設けられている。この電流検出部４５０で検出された電流は、検出電流Ｉoutとして制御部４３０へ出力される。
蓄電手段３００は、例えば鉛蓄電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成されたバッテリーである。
制御部４３０は、例えばマイコンなどで構成され、太陽光発電システム１０における種々の制御を実行することができる。その１つとして、制御部４３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０を構成するスイッチング素子を制御して、電圧検出部４４０および電流検出部４５０が出力する検出値（検出電圧Ｖin、検出電流Ｉout）に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の各アーム（素子）の短絡故障の有無を検出することを行う。
このアーム（素子）短絡の故障検出は、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の素子構成の内容に応じた判定手法に基づいて行われる。以下に、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０として３通りの素子構成例を挙げて、制御部４３０が実行する短絡故障検出を説明する。
１．ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）
１−１．構成
図１Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（１）は、コンデンサＣ１、降圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ１、降圧用下アーム素子である整流素子Ｄ２、インダクタＬ、昇圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ３、昇圧用上アーム素子である整流素子Ｄ４、およびコンデンサＣ２を、構成に含んでいる。
スイッチング素子Ｍ１およびＭ３は、制御部４３０によるＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御が可能な能動素子であり、例えばトランジスタである。このスイッチング素子Ｍ１およびＭ３は、ＯＮ制御のときに一方向に電流を流すことができる。トランジスタには、図１Ａに示すように、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などを用いることができる。
整流素子Ｄ２およびＤ４は、一方向に電流を流すことが可能な能動素子であり、例えばダイオードである。ダイオードには、例えばショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode）などを用いることができる。
コンデンサＣ１およびＣ２は、電気エネルギー（電荷）を蓄えたり放出したりすることが可能な受動素子である。このコンデンサＣ１およびＣ２は、電圧の変動を吸収して平滑する役割を果たす。
インダクタＬは、流れる電流によって磁界を発生させて磁気エネルギーを蓄えることが可能な受動素子である。このインダクタＬは、電流を維持しようとする定電流特性を有している。インダクタＬには、例えばチョークコイル（Choke Coil）などを用いることができる。
スイッチング素子Ｍ１のソースは、太陽電池１００の正極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、整流素子Ｄ２のカソードに接続されている。整流素子Ｄ２のアノードは、太陽電池１００の負極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のゲートは、制御部４３０に接続されている。コンデンサＣ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の入力端子間に接続されている。整流素子Ｄ４のカソードは、蓄電手段３００の正極入力端子に接続されている。整流素子Ｄ４のアノードは、スイッチング素子Ｍ３のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ３のドレインは、蓄電手段３００の負極入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ３のゲートは、制御部４３０に接続されている。コンデンサＣ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の出力端子間に接続されている。インダクタＬは、スイッチング素子Ｍ１のドレインと整流素子Ｄ２のカソードとの接続点と、整流素子Ｄ４のアノードとスイッチング素子Ｍ３のソースとの接続点との間に、挿入されている。
このＤＣ−ＤＣコンバータ（１）は、スイッチング素子Ｍ１、整流素子Ｄ２、およびインダクタＬによって降圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を降圧して蓄電手段３００に出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）は、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ３、および整流素子Ｄ４によって昇圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を昇圧して蓄電手段３００に出力する。
１−２．制御・判定
図１Ｂに、図１Ａに例示したＤＣ−ＤＣコンバータ（１）に対して、制御部４３０が実施する制御および判定の手法を示す。図１Ｂでは、短絡故障判定を実施する対象のアーム（素子）ごとに、スイッチング素子Ｍ１およびＭ３におけるＯＮ／ＯＦＦ制御の状態（組み合わせ）と、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinまたは電流検出部４５０の検出電流Ｉoutとに基づいた短絡故障有りの判定を行う条件とを、示している。
降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＦＦ」に制御（ゲートにＯＦＦ電圧を印加）し、スイッチング素子Ｍ３を「ＯＮ」（ゲートにＯＮ電圧を印加）に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）に短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１のソース−ドレイン間に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される電圧、例えば最大電力点（ＭＰＰ）における電圧ＶMPPとなる。一方、例えば降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）がソース−ドレイン間に電流が流れるような短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、後述する短絡電圧Ｖsまで低下する。
この現象を利用して、最大電力点電圧ＶMPPと短絡電圧Ｖsとの間にある電圧閾値Ｖth1を予め最適に設定しておけば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障していることを判定することができる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」に制御し、スイッチング素子Ｍ３を「ＯＦＦ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。同様に、昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）における短絡故障の有無の判定も、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」に制御し、スイッチング素子Ｍ３を「ＯＦＦ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）および昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）のどちらにも短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される電圧、最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）がカソード−アノード間に電流が流れるような短絡故障をしている、および／または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）がソース−ドレイン間に電流が流れるような短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、後述する短絡電圧Ｖsまで低下する。
この現象を利用して、最大電力点電圧ＶMPPと短絡電圧Ｖsとの間にある電圧閾値Ｖth1を予め最適に設定しておけば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障していることを判定することができる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
ここで、電圧閾値Ｖth1の設定手法を説明する。太陽電池１００のＩ−Ｖ特性は、例えば図５に示す実線のように変化する。一方、例えば降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障した時の回路抵抗値、つまりスイッチング素子Ｍ１からインダクタＬを介してスイッチング素子Ｍ３に至るまでの抵抗値を「Ｒ」とすると、電流源である太陽電池１００の短絡故障時の動作線は、例えば図５に示す一点鎖線のように「Ｉ＝（１／Ｒ）Ｖ」と置くことができる。従って、太陽電池１００のＩ−Ｖ特性線と動作線「Ｉ＝（１／Ｒ）Ｖ」とが交差する点の電圧、すなわち短絡電圧Ｖsが、短絡故障時に電圧検出部４４０で検出される検出電圧Ｖinとなり得る。
この短絡電圧Ｖsは、図５に例示するように、最大電力点電圧ＶMPPよりも十分に小さい。よって、短絡故障時にＤＣ−ＤＣコンバータ（１）の入力端子に現れると想定される短絡電圧Ｖsに、設計の余裕度αを加えた適切な値で電圧閾値Ｖth1を設定しておく（Ｖs＋α＜Ｖth1＜ＶMPP）。これにより、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）、降圧用下アーム（整流素子Ｄ２）、または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）が短絡故障していることを判定することができるのである。
一方、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）は、ＧＮＤ電位ではない蓄電手段３００に接続されているため、他のアーム（素子）のように短絡経路を形成して電圧降下に基づく故障検出ができない。そこで、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ３を「ＯＦＦ」に制御したときの、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）内で逆電流経路が形成されるようになっている。
なお、スイッチング素子Ｍ１の制御は「ＯＮ」であっても「ＯＦＦ」であってもよい。スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」制御する場合には、スイッチング素子Ｍ１のドレインからソースを流通する経路で逆電流が流れることとなる。スイッチング素子Ｍ１を「ＯＦＦ」制御する場合には、ＭＯＳＦＥＴが有する寄生ダイオードを経由して逆電流が流れることとなる。
この制御状態において、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）に短絡故障がなければ、蓄電手段３００から太陽電池１００側に逆電流が流れないため、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutは、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）から供給される高い電流のままとなる。一方、例えば昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）がカソード−アノード間に電流が流れるような短絡故障をしていれば、蓄電手段３００から整流素子Ｄ４、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ１を経由して太陽電池１００側に逆電流が流れる。このため、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutは、逆電流として流れる分だけＤＣ−ＤＣコンバータ（１）から供給される電流が減少する。
この現象を利用して、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）から供給される高い電流値と逆電流として流れる電流を差し引いた電流値との間にある電流閾値Ｉth1を予め最適に設定しておけば、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutがこの電流閾値Ｉth1未満であることを判断するだけで、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が短絡故障していることを判定することができる。すなわち、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
ここで、電流閾値Ｉth1の設定手法を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）から蓄電手段３００に対して通常時に供給される電流がＩstdの場合、短絡故障時に昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）に流れると想定される逆電流Ｉrevの分を差し引いた「Ｉstd−Ｉrev」に、設計の余裕度αを加えた適切な値で電流閾値Ｉth1を設定しておく（Ｉstd−Ｉrev＋α＜Ｉth1＜Ｉstd）。これにより、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutがこの電流閾値Ｉth1未満であることを判断するだけで、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が短絡故障していることを判定することができるのである。
なお、電流が制限されずに大電流が流れてしまうことを回避するため、太陽電池１００の開放電圧Ｖoc（図６を参照）を、蓄電手段３００の電圧よりも大きく設定する必要がある。
２．ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）
２−１．構成
図２Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（２）は、コンデンサＣ１、降圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ１、降圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ２、インダクタＬ、昇圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ３、昇圧用上アーム素子である整流素子Ｄ４、およびコンデンサＣ２を、構成に含んでいる。
この図２Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（２）は、図１Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（１）に対して、降圧用下アーム素子を整流素子Ｄ２からスイッチング素子Ｍ２に代えた構成である。以下、降圧用下アーム素子の変更によって上述したＤＣ−ＤＣコンバータ（１）から変更される動作について説明を行う。
スイッチング素子Ｍ２は、スイッチング素子Ｍ１およびＭ３と同様に、制御部４３０によるＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御が可能な能動素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタである。
スイッチング素子Ｍ１のソースは、太陽電池１００の正極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、スイッチング素子Ｍ２のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ２のドレインは、太陽電池１００の負極出力端子に接続されている。整流素子Ｄ４のカソードは、蓄電手段３００の正極入力端子に接続されている。整流素子Ｄ４のアノードは、スイッチング素子Ｍ３のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ３のドレインは、蓄電手段３００の負極入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３のゲートは、制御部４３０に接続されている。インダクタＬは、スイッチング素子Ｍ１のドレインとスイッチング素子Ｍ２のソースとの接続点と、整流素子Ｄ４のアノードとスイッチング素子Ｍ３のソースとの接続点との間に、挿入されている。
このＤＣ−ＤＣコンバータ（２）は、スイッチング素子Ｍ１、スイッチング素子Ｍ２、およびインダクタＬによって降圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を降圧して蓄電手段３００に出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）は、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ３、および整流素子Ｄ４によって昇圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を昇圧して蓄電手段３００に出力する。
２−２．制御・判定
図２Ｂに、図２Ａに例示したＤＣ−ＤＣコンバータ（２）に対して、制御部４３０が実施する制御および判定の手法を示す。図２Ｂでは、短絡故障判定を実施する対象のアーム（素子）ごとに、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３におけるＯＮ／ＯＦＦ制御の状態（組み合わせ）と、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinまたは電流検出部４５０の検出電流Ｉoutとに基づいた短絡故障有りの判定を行う条件とを、示している。
降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＦＦ」に制御し、スイッチング素子Ｍ２またはＭ３のいずれかを「ＯＮ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）に短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が電流を流す短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは短絡電圧Ｖsまで低下する。よって、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障していることを判定できる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」に制御し、スイッチング素子Ｍ２およびＭ３をいずれも「ＯＦＦ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）のどちらにも短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および／または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）が電流を流す短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは短絡電圧Ｖsまで低下する。よって、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障していることを判定できる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
一方、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ２およびＭ３をいずれも「ＯＦＦ」に制御したときの、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）内で逆電流経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が電流を流すような短絡故障をしていれば、蓄電手段３００から整流素子Ｄ４、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ１を経由して太陽電池１００側に逆電流が流れて、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）からの供給電流が減少する。よって、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutがこの電流閾値Ｉth1未満であることを判断するだけで、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が短絡故障していることを判定できる。すなわち、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて、昇圧用上アーム（整流素子Ｄ４）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
３．ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）
３−１．構成
図３Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（３）は、コンデンサＣ１、降圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ１、降圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ２、インダクタＬ、昇圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ３、昇圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ４、およびコンデンサＣ２を、構成に含んでいる。
この図３Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（３）は、図２Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ（２）に対して、昇圧用上アーム素子を整流素子Ｄ４からスイッチング素子Ｍ４に代えた構成である。以下、昇圧用上アーム素子の変更によって上述したＤＣ−ＤＣコンバータ（１）および（２）から変更される動作について説明を行う。
スイッチング素子Ｍ４は、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３と同様に、制御部４３０によるＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御が可能な能動素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタである。
スイッチング素子Ｍ１のソースは、太陽電池１００の正極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、スイッチング素子Ｍ２のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ２のドレインは、太陽電池１００の負極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ４のソースは、蓄電手段３００の正極入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ４のドレインは、スイッチング素子Ｍ３のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ３のドレインは、蓄電手段３００の負極入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、およびＭ４のゲートは、制御部４３０に接続されている。インダクタＬは、スイッチング素子Ｍ１のドレインとスイッチング素子Ｍ２のソースとの接続点と、スイッチング素子Ｍ４のドレインとスイッチング素子Ｍ３のソースとの接続点との間に、挿入されている。
このＤＣ−ＤＣコンバータ（３）は、スイッチング素子Ｍ１、スイッチング素子Ｍ２、およびインダクタＬによって降圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を降圧して蓄電手段３００に出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）は、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ３、およびスイッチング素子Ｍ４によって昇圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を昇圧して蓄電手段３００に出力する。
３−２．制御・判定
図３Ｂに、図３Ａに例示したＤＣ−ＤＣコンバータ（３）に対して、制御部４３０が実施する制御および判定の手法を示す。図３Ｂでは、短絡故障判定を実施する対象のアーム（素子）ごとに、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、およびＭ４におけるＯＮ／ＯＦＦ制御の状態（組み合わせ）と、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinまたは電流検出部４５０の検出電流Ｉoutとに基づいた短絡故障有りの判定を行う条件とを、示している。
降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１およびＭ４をいずれも「ＯＦＦ」に制御し、スイッチング素子Ｍ２またはＭ３のいずれかを「ＯＮ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）に短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が電流を流す短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは短絡電圧Ｖsまで低下する。よって、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障していることを判定できる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ１）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」に制御し、スイッチング素子Ｍ２、Ｍ３、およびＭ４をいずれも「ＯＦＦ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）のどちらにも短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）および／または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）が電流を流す短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは短絡電圧Ｖsまで低下する。よって、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障していることを判定できる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、降圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ２）または昇圧用下アーム（スイッチング素子Ｍ３）の少なくとも１つが短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
一方、昇圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ４）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ２、Ｍ３、およびＭ４をいずれも「ＯＦＦ」に制御したときの、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）内で逆電流経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、昇圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ４）が電流を流すような短絡故障をしていれば、蓄電手段３００からスイッチング素子Ｍ４、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ１を経由して太陽電池１００側に逆電流が流れて、ＤＣ−ＤＣコンバータ（３）からの供給電流が減少する。よって、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutがこの電流閾値Ｉth1未満であることを判断するだけで、昇圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ４）が短絡故障していることを判定できる。すなわち、電流検出部４５０の検出電流Ｉoutに基づいて、昇圧用上アーム（スイッチング素子Ｍ４）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
［第１の実施形態における作用・効果］
上述した本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置４１０によれば、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０を構成する降圧用上アーム素子、降圧用下アーム素子、および昇圧用下アーム素子について短絡故障を検出する場合、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ２１０内で短絡経路が形成される組み合わせで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
この制御により、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していれば、太陽電池１００が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の入力端子側の電圧Ｖinを予め定めた電圧閾値Ｖth1よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の入力端子側の電圧Ｖinを検出すれば、検出された電圧Ｖinに基づいて検出対象とするアーム（素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
また、本発明の第１の実施形態に係る短絡故障検出装置４１０によれば、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１０を構成する昇圧用上アーム素子を検出対象とする場合、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ２１０内で逆電流経路が形成されるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
この制御により、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していれば、蓄電手段３００が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の出力端子側の電流Ｉoutを予め定めた電流閾値Ｉth1よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の出力端子側の電流Ｉoutを検出すれば、検出された電流Ｉoutに基づいて検出対象とするアーム（素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
［第２の実施形態］
図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係る短絡故障検出装置４２０を適用した太陽光発電システム２０の構成例を示す図である。各図に例示した太陽光発電システム２０は、太陽電池１００と、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２２０と、短絡故障検出装置４２０と、を含んで構成されている。
本実施形態に係る短絡故障検出装置４２０は、太陽電池１００の発電電力を入力して所定の電圧を出力する降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０における短絡故障を検出する装置である。短絡故障検出装置４２０は、制御部４３０と、電圧検出部４４０と、を備えている。
太陽電池１００の出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の入力端子に接続されている。太陽電池１００の出力端子の正極側と負極側との間には、電圧検出部４４０が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の出力端子は、開放状態でよいが、蓄電手段３００が接続されていてもよい。制御部４３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０および電圧検出部４４０に、接続されている。
太陽電池１００は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽光発電装置であって、例えばソーラーパネルなどの太陽電池モジュールである。この太陽電池１００は、発電によって得られた電力をＤＣ−ＤＣコンバータ２２０に出力する。
電圧検出部４４０は、例えば電圧センサで構成されており、発電電力に応じて太陽電池１００からＤＣ−ＤＣコンバータ２２０へ出力される電圧を検出するために設けられている。この電圧検出部４４０で検出された電圧は、検出電圧Ｖinとして制御部４３０へ出力される。
制御部４３０は、例えばマイコンなどで構成され、太陽光発電システム２０における種々の制御を実行することができる。その１つとして、制御部４３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０を構成するスイッチング素子を制御して、電圧検出部４４０が出力する検出値（検出電圧Ｖin）に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の各アーム（素子）の短絡故障の有無を検出することを行う。
図４Ａに例示するＤＣ−ＤＣコンバータ２２０は、コンデンサＣ１、降圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ１、降圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ２、インダクタＬ、およびコンデンサＣ２を、構成に含んでいる。
スイッチング素子Ｍ１およびＭ２は、制御部４３０によるＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御が可能な能動素子であり、例えばトランジスタである。このスイッチング素子Ｍ１およびＭ２は、ＯＮ制御のときに一方向に電流を流すことができる。トランジスタには、図４Ａに示すように、例えばＭＯＳＦＥＴなどを用いることができる。
コンデンサＣ１およびＣ２は、電気エネルギー（電荷）を蓄えたり放出したりすることが可能な受動素子である。このコンデンサＣ１およびＣ２は、電圧の変動を吸収して平滑する役割を果たす。
インダクタＬは、流れる電流によって磁界を発生させて磁気エネルギーを蓄えることが可能な受動素子である。このインダクタＬは、電流を維持しようとする定電流特性を有している。インダクタＬには、例えばチョークコイル（Choke Coil）などを用いることができる。
スイッチング素子Ｍ１のソースは、太陽電池１００の正極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、スイッチング素子Ｍ２のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ２のドレインは、太陽電池１００の負極出力端子に接続されている。スイッチング素子Ｍ１およびＭ２のゲートは、制御部４３０に接続されている。コンデンサＣ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の入力端子間に接続されている。インダクタＬの一端は、スイッチング素子Ｍ１のドレインとスイッチング素子Ｍ２のソースとの接続点に接続されている。インダクタＬの他端は、接地されたコンデンサＣ２に接続されている。
このＤＣ−ＤＣコンバータ２２０は、スイッチング素子Ｍ１、スイッチング素子Ｍ２、およびインダクタＬによって降圧回路を形成し、太陽電池１００からの出力電圧を降圧して蓄電手段３００に出力する。
図４Ｂに、図４Ａに例示したＤＣ−ＤＣコンバータ２２０に対して、制御部４３０が実施する制御および判定の手法を示す。図４Ｂでは、短絡故障判定を実施する対象のアーム（素子）ごとに、スイッチング素子Ｍ１およびＭ２におけるＯＮ／ＯＦＦ制御の状態（組み合わせ）と、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいた短絡故障有りの判定を行う条件とを、示している。
上アーム（スイッチング素子Ｍ１）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＦＦ」に制御（ゲートにＯＦＦ電圧を印加）し、スイッチング素子Ｍ２を「ＯＮ」（ゲートにＯＮ電圧を印加）に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とする上アーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、上アーム（スイッチング素子Ｍ１）に短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ１のソース−ドレイン間に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される電圧、例えば最大電力点電圧ＶMPPとなる。一方、例えば上アーム（スイッチング素子Ｍ１）がソース−ドレイン間に電流が流れるような短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、上述した短絡電圧Ｖsまで低下する。
また、下アーム（スイッチング素子Ｍ２）における短絡故障の有無の判定は、スイッチング素子Ｍ１を「ＯＮ」に制御し、スイッチング素子Ｍ２を「ＯＦＦ」に制御したときの、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて行われる。このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御では、検出対象とする下アーム（素子）が短絡故障していた場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０内で短絡経路が形成されるようになっている。
この制御状態において、下アーム（スイッチング素子Ｍ２）に短絡故障がなければ、スイッチング素子Ｍ２のソース−ドレイン間に電流が流れないため、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、太陽電池１００から出力される最大電力点電圧ＶMPPなどとなる。一方、例えば下アーム（スイッチング素子Ｍ２）がソース−ドレイン間に電流が流れるような短絡故障をしていれば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinは、上述した短絡電圧Ｖsまで低下する。
この現象を利用して、最大電力点電圧ＶMPPと短絡電圧Ｖsとの間にある電圧閾値Ｖth1を予め最適に設定しておけば、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinがこの電圧閾値Ｖth1未満であることを判断するだけで、上アーム（スイッチング素子Ｍ１）または下アーム（スイッチング素子Ｍ２）が短絡故障していることを判定できる。すなわち、電圧検出部４４０の検出電圧Ｖinに基づいて、上アーム（スイッチング素子Ｍ１）または下アーム（スイッチング素子Ｍ２）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
［第２の実施形態における作用・効果］
上述した本発明の第２の実施形態に係る短絡故障検出装置４２０によれば、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２２０を構成する上アームスイッチング素子Ｍ１または下アームスイッチング素子Ｍ２において短絡故障を検出する場合、検出対象とするアーム（素子）が短絡故障していたときにＤＣ−ＤＣコンバータ２２０内で短絡経路が形成される組み合わせで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
この制御により、検出対象とするアーム（スイッチング素子）が短絡故障していれば、太陽電池１００が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の入力端子側の電圧Ｖinを予め定めた電圧閾値Ｖth1よりも低下させることができる。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０の入力端子側の電圧Ｖinを検出すれば、検出された電圧Ｖinに基づいて検出対象とするアーム（スイッチング素子）が短絡故障しているか否かを容易に判定することができる。
なお、上述した降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２２０では、ハードウェア構成によってはアーム（スイッチング素子）を常時「ＯＮ」制御できないケースも考えられる。このような場合には、ＯＮ制御を９５％程度のＯＮデューティ制御に置き換えてもよい。また、このときのＯＦＦ制御は、５％（＝１００−９５）程度のＯＮデューティ制御に置き換えてもよい。
本発明の短絡故障検出装置は、太陽光発電システムに用いられるＤＣ−ＤＣコンバータなどに利用可能であり、特に短絡故障が発生していることを容易に検出したい場合などに有用である。
１０、２０ 太陽光発電システム
１００ 太陽電池
２１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ（１）〜（３）
２２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ（４）
３００ 蓄電手段
４１０、４２０ 短絡故障検出装置
４３０ 制御部
４４０ 電圧検出部
４５０ 電流検出部
Ｍ１〜Ｍ４ スイッチング素子（トランジスタ）
Ｄ２、Ｄ４ 整流素子（ダイオード）
Ｃ１、Ｃ４ コンデンサ
Ｌ インダクタ

Claims (2)

  1. 太陽電池の発電電力を入力して所定の電圧を蓄電手段へ出力する昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにおける短絡故障を検出する短絡故障検出装置であって、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
    前記太陽電池の正極出力端子と負極出力端子との間に直列に挿入される、正極出力端子に接続される降圧用第１アームのスイッチング素子および負極出力端子に接続される降圧用第２アームのスイッチング素子、
    前記蓄電手段の正極入力端子と負極入力端子との間に直列に挿入される、負極入力端子に接続される昇圧用第３アームのスイッチング素子および正極入力端子に接続される昇圧用第４アームのスイッチング素子、および
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子と前記降圧用第２アームのスイッチング素子との接続点と、前記昇圧用第３アームのスイッチング素子と前記昇圧用第４アームのスイッチング素子との接続点との間に挿入される、インダクタによって構成され、
    前記短絡故障検出装置は、
    前記太陽電池から前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ出力される電圧を検出する電圧検出部と、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記蓄電手段へ出力される電流を検出する電流検出部と、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する各前記スイッチング素子を制御して、前記電圧検出部および前記電流検出部の検出値に基づいて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの各前記アームの短絡故障を判定する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子をＯＦＦ制御し、かつ、前記降圧用第２アームまたは前記昇圧用第３アームのいずれかに用いられるスイッチング素子をＯＮ制御したときの、前記電圧検出部の検出電圧に基づいて、前記降圧用第１アームが短絡故障しているか否かを判定し、
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子をＯＮ制御し、かつ、前記降圧用第２アームおよび前記昇圧用第３アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、前記電圧検出部の検出電圧に基づいて、前記降圧用第２アームおよび前記昇圧用第３アームの少なくとも１つが短絡故障しているか否かを判定し、
    前記降圧用第２アーム、前記昇圧用第３アーム、および前記昇圧用第４アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、前記電流検出部の検出電流に基づいて、前記昇圧用第４アームが短絡故障しているか否かを判定する、
    短絡故障検出装置。
  2. 所定の電圧を蓄電手段へ出力する昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにおける短絡故障を検出する短絡故障検出装置であって、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータの正極入力端子と負極入力端子との間に直列に挿入される、正極入力端子に接続される降圧用第１アームのスイッチング素子および負極入力端子に接続される降圧用第２アームのスイッチング素子、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータの正極出力端子と負極出力端子との間に直列に挿入される、負極出力端子に接続される昇圧用第３アームのスイッチング素子および正極出力端子に接続される昇圧用第４アームのスイッチング素子、および
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子と前記降圧用第２アームのスイッチング素子との接続点と、前記昇圧用第３アームのスイッチング素子と前記昇圧用第４アームのスイッチング素子との接続点との間に挿入される、インダクタによって構成され、
    前記短絡故障検出装置は、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記入力端子へ入力される電圧を検出する電圧検出部と、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記出力端子から前記蓄電手段へ出力される電流を検出する電流検出部と、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する各前記スイッチング素子を制御して、前記電圧検出部および前記電流検出部の検出値に基づいて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの各前記アームの短絡故障を判定する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子をＯＦＦ制御し、かつ、前記降圧用第２アームまたは前記昇圧用第３アームのいずれかに用いられるスイッチング素子をＯＮ制御したときの、前記電圧検出部の検出電圧に基づいて、前記降圧用第１アームが短絡故障しているか否かを判定し、
    前記降圧用第１アームのスイッチング素子をＯＮ制御し、かつ、前記降圧用第２アームおよび前記昇圧用第３アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、前記電圧検出部の検出電圧に基づいて、前記降圧用第２アームおよび前記昇圧用第３アームの少なくとも１つが短絡故障しているか否かを判定し、
    前記降圧用第２アーム、前記昇圧用第３アーム、および前記昇圧用第４アームに用いられる全てのスイッチング素子をＯＦＦ制御したときの、前記電流検出部の検出電流に基づいて、前記昇圧用第４アームが短絡故障しているか否かを判定する、
    短絡故障検出装置。
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