JP6747268B2 - 電圧コンバータ - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、リアクトルを有する電圧コンバータに関する。

リアクトルを有する電圧コンバータとして、例えば、下記特許文献１に開示される昇圧コンバータ装置がある。この装置では、リアクトルに流れる電流を計測する電流センサを備えている。

特開２０１５−２１６７５８号公報

ところで、リアクトルのコイルの巻線は絶縁被覆で覆われている。表面の絶縁被覆が剥がれると、コイルの途中で電気的に短絡する場合がある。そのような短絡は、リアクトルの機能停止には至らないが、リアクトルのインダクタンス特性に変化を与える。そのため、電圧コンバータの昇圧機能や降圧機能が大きく損なわれる事態には至り難いものの、コイルの短絡はリアクトルの発熱量の増加に繋がり得ることから検出することが望ましい。しかし、コイルの途中で短絡が生じてもリアクトルに流れる電流にはその変化が現れ難いため、電流センサではこのような短絡を検知することは容易ではない。本明細書は、リアクトルの異常（コイル短絡）が生じていることを検知する技術を提供する。

本明細書が開示する電圧コンバータは、リアクトルに流れる電流を計測する電流センサ、低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサ、高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサ、及び、コントローラを備えている。コントローラは、第１電圧センサ及び第２電圧センサから夫々出力される電圧データに基づいて推定するリアクトルの推定電流値であって２個のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い発生する電流リプルの推定振幅値を推定する。コントローラは、この推定振幅値と、電流センサから出力されるリアクトルの実測電流値であって２個のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い発生する電流リプルの実測振幅値と、を比較する。そして、推定振幅値と実測振幅値の差が予め定められた所定範囲内にない場合には、コントローラはリアクトルに異常が生じていると判定する。これにより、コイルの短絡に起因するリアクトルの異常を早期に検知することが可能になるので、コイルの短絡によるリアクトルの異常な発熱を抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の電圧コンバータを含む電力変換装置の回路図である。 リアクトルに流れるリアクトル電流の波形例を示す説明図である。 コントローラが実行する故障検出処理のフローチャート図である。 改変例１のコントローラが実行する各信号波形の例を示す説明図である。 改変例２のコントローラが実行する故障部位特定処理のフローチャート図である。

図面を参照して実施例の電圧コンバータを説明する。図１に、実施例の電圧コンバータ１０を含む電力変換装置の回路図を示す。図２に、リアクトルに流れる電流波形の例を表す説明図を示す。

図１に示すように、実施例の電圧コンバータ１０は、例えば、電気自動車に搭載される電力変換装置に用いられる。すなわち、電気自動車の電力変換装置は、主に、電圧コンバータ１０、インバータ２０、コントローラ５０などを備えており、バッテリ３（例えばリチウム電池）から供給される直流電力を、走行用のモータ３０（例えば三相交流モータ）に適した交流電力に変換してモータ３０に供給し得るように構成されている。尚、電気自動車には、燃料電池車や、走行用のモータとエンジン（内燃機関）の両方に備えるハイブリッド車も含まれる。

電気自動車では、このような電力変換装置を搭載することによって、運転者がアクセルペダルを踏むとモータ３０が回転して駆動輪を回し、また運転者がブレーキペダルを踏むとモータ３０が発電して駆動輪を制動する。モータ３０がトルクを出力して車両が走行することを力行と称し、またモータ３０が発電機として発電することを回生と称する。回生により生成された電力（回生電力）は、バッテリ３の充電に使用される。モータ３０は、発電機としても機能することから、モータジェネレータ（ＭＧ）とも称される。

電圧コンバータ１０は、主に、２個のトランジスタ１１ａ、１１ｂ、リアクトル１２、コンデンサ１３、１４により構成されている。本実施例では、電圧コンバータ１０は、これらに加えて、電流センサ１５、１６や電圧センサ１７、１８を備えている。トランジスタ１１ａ及びトランジスタ１１ｂは、高圧側プラス端子ＰＨと高圧側マイナス端子ＮＨの間に直列に接続されている。これらのトランジスタは、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

本実施例では、トランジスタ１１ａのコレクタが高圧側プラス端子ＰＨに接続され、トランジスタ１１ｂのエミッタが高圧側マイナス端子ＮＨに接続されている。また、トランジスタ１１ａのエミッタとトランジスタ１１ｂのコレクタが互いに接続されている。これら両トランジスタ１１ａ、１１ｂの接続部分を接続中点ＣＰと称する。トランジスタ１１ａは接続中点ＣＰに対して高電位側に位置し、トランジスタ１１ｂは接続中点ＣＰに対して低電位側に位置することから、トランジスタ１１ａは上アームと称され、またトランジスタ１１ｂは下アームと称されることもある。

これらのトランジスタ１１ａ、１１ｂのゲートには、コントローラ５０から配線される信号線が夫々接続されている。コントローラ５０は、駆動信号Ｓａ、Ｓｂをトランジスタ１１ａ、１１ｂに供給し、それらトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチング（オンオフ）を制御する。駆動信号Ｓａ、Ｓｂは、所定のデューティ比のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。トランジスタ１１ａ、１１ｂには、ダイオードが逆並列に夫々接続されている。これらのダイオードは、電流がトランジスタ１１ａ、１１ｂを逆方向に流れるようにするために備えられており、環流ダイオードやフライホイールダイオードと称されることもある。

高圧側プラス端子ＰＨと高圧側マイナス端子ＮＨの間には、電流平滑用のコンデンサ１４と電圧センサ１８が接続されている。電圧センサ１８の出力端子は、コントローラ５０に接続されており、高圧側の両端子ＰＨ、ＮＨ間の電圧（高圧側電圧ＶＨ）を計測してコントローラ５０に出力する。本実施例では、高圧側の両端子ＰＨ、ＮＨは、インバータ２０に接続されている。低圧側にも、このような端子ＰＬ、ＮＬが設けられており、このうちの低圧側マイナス端子ＮＬは、高圧側マイナス端子ＮＨと直流的に同電位にある。

リアクトル１２は、その一端が低圧側プラス端子ＰＬに接続されており、他端がトランジスタ１１ａ、１１ｂの接続中点ＣＰに接続されている。低圧側プラス端子ＰＬには、バッテリ３のプラス端子がスイッチ４ａを介して接続されている。バッテリ３のマイナス端子は、スイッチ４ｂを介して低圧側マイナス端子ＮＬに接続されている。

後述するように、コントローラ５０が、トランジスタ１１ａ、１１ｂを交互にオンオフすることにより、リアクトル１２に流れるリアクトル電流は脈動する。このため、例えば、図２に示すようなリプル（三角波状の交流成分）がリアクトル電流の波形に現れる。本実施例では、リアクトル１２の一端側（低圧側プラス端子ＰＬ側）に電流センサ１６を接続し、リアクトル１２を流れる電流の交流成分を電流センサ１６により計測する。例えば、電流センサ１６は、リアクトル１２に流れる電流波形のリプル部分（以下、電流リプルと称する）の振幅値を計測する。電流リプルの振幅値とは、例えば、リプルを構成する三角波の最大値（山の頂部）ＩＲｍａｘと最小値（谷の底部）ＩＲｍｉｎの差（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）である。最大値ＩＲｍａｘは電流リプルの振幅の山の頂部に当たるタイミングＴａで計測し、また最小値ＩＲｍｉｎは電流リプルの振幅の谷の底部に当たるタイミングＴｂで計測する。以下、電流センサ１６により計測したリアクトル電流ＩＬの電流リプルの実測振幅値をＩＬｒｍと表現する場合がある。電流センサ１６の出力端子は、コントローラ５０に接続されている。

低圧側プラス端子ＰＬと低圧側マイナス端子ＮＬの間には、フィルタ用のコンデンサ１３と電圧センサ１７が接続されている。電圧センサ１７の出力端子は、コントローラ５０に接続されており、低圧側の両端子ＰＬ、ＮＬ間の電圧（低圧側電圧ＶＬ）を計測してコントローラ５０に出力する。本実施例では、これらの両端子ＰＬ、ＮＬは、スイッチ４ａ、４ｂを介して、バッテリ３に接続されている。スイッチ４ａ、４ｂの典型例は、システムメインリレーであり、そのオンオフ制御は、電気自動車のメインスイッチ（不図示）の入力に伴って、コントローラ５０の上位コントローラに制御される。

低圧側プラス端子ＰＬとリアクトル１２の間には、電流センサ１６のほかに電流センサ１５も接続されている。この電流センサ１５は、リアクトル１２を流れる電流の直流成分、つまりバッテリ電流ＩＢを計測する。電流センサ１５の出力端子も、電流センサ１６と同様にコントローラ５０に接続されている。尚、図示されていないが、バッテリ３には、その出力電圧（バッテリ電圧ＶＢ）を計測する電圧センサが内蔵されており、この電圧センサの出力端子もコントローラ５０に接続されている。

インバータ２０は、バッテリ３から供給され電圧コンバータ１０によって昇圧された直流電力をモータ３０（三相交流モータ）に適した三相交流電力に変換する。変換された交流電力はモータ３０に供給される。本実施例では、このインバータ２０は、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を主に備えており、モータ３０のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応してスイッチング制御されるＩＧＢＴなどのスイッチング素子を備えている。本実施例では、インバータ２０は、コントローラ５０から出力される駆動信号によりスイッチング素子が制御されて、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した三相交流電力を生成可能に構成されている。

コントローラ５０は、マイクロコンピュータを中心にＲＡＭ、ＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリや、入出力インタフェースなどを備えた制御装置である。コントローラ５０は、電圧コンバータの昇圧動作や降圧動作を制御したり、インバータ２０に対してはモータ３０の出力トルクを制御したりする。また、後述するように、電圧コンバータ１０の故障も検出する。そのため、入出力インタフェースには、電圧コンバータのトランジスタ１１ａ、１１ｂ、電流センサ１５、１６、電圧センサ１７、１８、インバータ２０や、モータ３０の回転センサ（不図示）が接続されている。

コントローラ５０は、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭに記憶された制御プログラムなどをＲＡＭに展開して処理を実行する。また、後述の故障検出処理のプログラムもコントローラ５０のＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどに記憶されている。尚、コントローラ５０は、ＣＡＮやＬＩＮなどの車内ネットワークにも接続されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づくアクセル開度情報やブレーキペダルの踏み込み量に基づくブレーキ踏量情報などを車内ネットワークを介してリアルタイムに取得可能に構成されている。

このように構成される電圧コンバータ１０は、コントローラ５０がトランジスタ１１ａ、１１ｂを交互にオンオフする。トランジスタ１１ｂのオン期間（トランジスタ１１ａのオフ期間）にバッテリ３からリアクトル１２に電気エネルギが蓄積されると、その蓄積された電気エネルギが、その次のトランジスタ１１ａのオン期間（トランジスタ１１ｂのオフ期間）にコンデンサ１４側に流れる。コントローラ５０がトランジスタ１１ａ、１１ｂのオンオフのタイミングを適切にＰＷＭ制御することにより、低圧側（低圧側プラス端子ＰＬ、マイナス端子ＮＬ側）から入力された電圧（バッテリ３の電圧）が昇圧されて高圧側（高圧側プラス端子ＰＨ、マイナス端子ＮＨ）に出力される。これにより、電圧コンバータ１０は、バッテリ３からの入力電圧をモータ３０の駆動に適した出力電圧に昇圧することが可能になる（昇圧機能）。

これとは逆に、トランジスタ１１ａのオン期間（トランジスタ１１ｂのオフ期間）に高圧側のコンデンサ１４からリアクトル１２に電気エネルギが蓄積されると、その蓄積された電気エネルギが、その次のトランジスタ１１ｂのオン期間（トランジスタ１１ａのオフ期間）にコンデンサ１３側に流れる。コントローラ５０がトランジスタ１１ａ、１１ｂのオンオフのタイミングを適切にＰＷＭ制御することにより、高圧側（高圧側プラス端子ＰＨ、マイナス端子ＮＨ）から入力された電圧が降圧されて低圧側（低圧側プラス端子ＰＬ、マイナス端子ＮＬ側）に出力される。これにより、電圧コンバータ１０は、インバータ２０からの入力電圧（回生電力の電圧）をバッテリ３の充電に適した出力電圧に降圧することが可能になる（降圧機能）。

ところで、電圧コンバータ１０を構成するリアクトル１２は、例えば、平角線をエッジワイズ巻きなどにしたコイル部品であり、その巻線は、典型的には絶縁被覆で覆われている。しかし、表面の絶縁被覆が剥がれると、コイルの途中で電気的に短絡する場合がある。このような短絡は、リアクトル１２のインダクタンス特性に少しの変化を与えるに過ぎない。そのため、電圧コンバータ１０の昇圧機能や降圧機能が大きく損なわれる事態には至り難いものの、コイルの短絡はリアクトル１２の発熱量の増加に繋がり得ることから検知する必要がある。

そこで、本実施例では、図３の故障検出処理をコントローラ５０が実行することにより、リアクトル１２の短絡を検知可能にしている。図３に、コントローラ５０が実行する故障検出処理のフローチャート図を示す。尚、この処理は、例えば、当該電気自動車のメインスイッチ（不図示）がオン状態にされた直後に実施される故障診断プログラムに組み込まれて所定周期毎に繰り返し実行される。

図３に示すように、故障検出処理では、まずステップＳ２により、電流センサ１５、１６、電圧センサ１７、１８などから各データを取得する処理が行われる。具体的には、電流センサ１５からバッテリ電流ＩＢ（単位はＡ（アンペア））、電流センサ１６からリアクトル電流ＩＬ（単位はＡ（アンペア））、電圧センサ１７から低圧側電圧ＶＬ（単位はＶ（ボルト））、電圧センサ１８から高圧側電圧ＶＨ（単位はＶ（ボルト））を取得する。電流センサ１６のリアクトル電流ＩＬには、電流リプルの実測振幅値ＩＬｒｍが含まれる。また、トランジスタ１１ａ、１１ｂに出力中の駆動信号Ｓａ、Ｓｂの生成に関与したキャリア信号の周波数ｆｃ（単位はＨｚ（ヘルツ））のデータも、コントローラ５０に記憶されている情報から取得する。

ステップＳ３では、これらのデータから、電流リプルの振幅の推定値（推定振幅値）を算出する処理が行われる。すなわち、リアクトル１２を流れるリアクトル電流ＩＬの電流リプルの推定振幅値ＩＬｒｅ（単位はＡ（アンペア））は、リアクトル１２のインダクタンスをＬ（単位はＨ（ヘンリー））とすると、ＩＬｒｅ＝（ＶＬ／Ｌ）×（１−ＶＬ／ＶＨ）／ｆｃにより、得られる。得られた電流リプルの推定振幅値ＩＬｒｅと電流センサ１６から取得したリアクトル電流ＩＬの電流リプルの実測振幅値ＩＬｒｍとの差（振幅差）を次のステップＳ４により求める。

つまり、ステップＳ４では、電流リプルの実測振幅値ＩＬｒｍと推定振幅値ＩＬｒｅの振幅差を算出する処理が行われる。この振幅差は、例えば、電流リプルの推定振幅値ＩＬｒｅから実測振幅値ＩＬｒｍを減算した値の絶対値として算出される。そして、ステップＳ５により、この振幅差が所定範囲内にあるか否かの判定処理が行われる。この所定範囲は予め定められている。例えば、電流センサ１６による計測誤差の範囲がこれに相当し、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいて決定される。

ステップＳ５の判定処理により、振幅差が所定範囲内でないと判定した場合には（Ｓ５：ＮＯ）、続くステップＳ６により異常カウンタの累積値を加算（カウントアップ）する。この異常カウンタは、一定時間の経過を計時するためのものである。本実施例では、本故障検出処理を故障診断プログラムにより所定周期毎に繰り返し行うため、例えば、異常カウンタの累積値が所定値として「８」を超えたか否かを、ステップＳ８の判定処理により判定する。これにより、一定時間として、本故障検出処理の実行周期時間の９倍相当の時間を設定することが可能になる。

これに対して、ステップＳ５による判定処理により、振幅差が所定範囲内であると判定した場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、リアクトル１２は正常である蓋然性が高い。そのため、ステップＳ７により異常カウンタの累積値をクリア（ゼロに）した後、本故障検出処理を終える。ステップＳ５による判定処理により振幅差が所定範囲内でないと判定された後であっても、一定時間の経過前に再実行されたステップＳ５により振幅差が所定範囲内であると判定されれば、ステップＳ７により異常カウンタの累積値がクリアされる。

ステップＳ８の判定処理により、異常カウンタの累積値が所定値を超えたと判定された場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、一定時間中、電流リプルの実測振幅値ＩＬｒｍと推定振幅値ＩＬｒｅの振幅差が所定範囲内にない状態が継続していることになる。このような場合には、リアクトル１２の短絡が原因で電圧コンバータ１０が故障している蓋然性が高い。そのため、リアクトル１２に異常が生じているものと判定し（Ｓ８：ＹＥＳ）、続くステップＳ９により、電圧コンバータ１０の故障情報を外部に出力する処理が行われる。

具体的には、例えば、コントローラ５０は、車内ネットワークで接続されている他のコントローラや上位コントローラに対して、故障が疑われるリアクトル１２を特定する部品ＩＤと故障内容（コイルの短絡）を表すコードを併せて送信する。これにより、例えば、上位コントローラからコントローラ５０に対して、電圧コンバータ１０の昇圧動作や降圧動作を中止（又は停止）する制御信号が送信されたり、また電力変換装置の故障情報、又は電力変換装置を構成する電圧コンバータ１０の故障情報が当該電気自動車のインストルメントパネルに表示されたりする。

以上のとおり、本実施例の電圧コンバータ１０では、リアクトル１２に流れるリアクトル電流ＩＬを計測する電流センサ１６、低電圧側の電圧を計測する電圧センサ１７、高電圧側の電圧を計測する電圧センサ１８及びコントローラ５０を備えている。コントローラ５０は、電圧センサ１７及び電圧センサ１８から夫々出力される低圧側電圧ＶＬと高圧側電圧ＶＨに基づいて２個のトランジスタ１１ａ、１１ｂのスイッチング動作に伴い発生する電流リプルの推定振幅値ＩＬｒｅを算出する（Ｓ３）。コントローラ５０は、この電流リプルの推定振幅値ＩＬｒｅと、電流センサ１６から出力される電流リプルの実測振幅値ＩＬｒｍと、を比較する（Ｓ５）。そして、推定振幅値ＩＬｒｅと実測振幅値ＩＬｒｍの偏差（振幅差）が予め定められた所定範囲内にない場合には（Ｓ５：ＮＯ）、コントローラ５０はリアクトル１２に異常が生じていると判定する（Ｓ８：ＹＥＳ、Ｓ９）。これにより、コイルの短絡に起因するリアクトル１２の異常を早期に検知することが可能になるので、コイルの短絡によるリアクトル１２の異常な発熱を抑制することができる。

ところで、図２を参照して説明したように、リアクトル１２のリアクトル電流ＩＬに含まれる電流リプルの振幅値は、電流センサ１６による計測をリアクトル電流ＩＬの電流リプルの振幅の山の頂部に当たるタイミングＴａと、電流リプルの振幅の谷の底部に当たるタイミングＴｂと、により行われる。しかしながら、電圧コンバータ１０を構成する実際の回路では、上アーム（トランジスタ１１ａ）と下アーム（トランジスタ１１ｂ）が同時期にオン状態になることで高圧側プラス端子ＰＨと高圧側マイナス端子ＮＨの間が電気的に短絡することを防止するデッドタイム（両アームの同時オフ状態期間）が設けられていたり、またトランジスタ１１ａ、１１ｂのゲートに駆動信号が入力されてからオン動作やオフ動作が完了するまでに要するスイッチング遅延時間など存在したりする。

このようなデッドタイムやスイッチング遅延時間が存在する場合には、リアクトル電流ＩＬの電流リプルに位相の遅れが発生する。そのため、例えば、図２の紙面右側に示すタイミングＴｃ、Ｔｄのように、電流リプルの振幅の山の頂部や谷の底部からズレたタイミングで電流センサ１６が電流を計測する可能性があり、電流センサ１６により計測した電流値の精度低下を招き得る。

そこで、例えば、改変例１のコントローラ５０では、図４に示すように、このようなデッドタイムやスイッチング遅延時間による電流リプルに位相の遅れを見込んだタイミングで電流センサ１６による計測を行う。図４に、改変例１のコントローラ５０が実行する各信号波形の例を表した説明図を示す。

図４に示す細実線の三角波形はキャリア信号である。また、細一点鎖線の直線状の波形は、キャリア信号に対する比較信号であり、両波形が交差したタイミングで、上アーム（トランジスタ１１ａ）及び下アーム（トランジスタ１１ｂ）に対して駆動信号（オン信号又はオフ信号）が出力される（細実線の矩形波形）。この駆動信号に対する上アーム（トランジスタ１１ａ）及び下アーム（トランジスタ１１ｂ）の動作状態は、太実線の矩形波形により表されている。上段に示す太実線の三角波形はリアクトル電流ＩＬの電流リプルである。また、細二点鎖線の直線状の波形は、電流リプルの中心値を表したものである。

改変例１のコントローラ５０は、当該電気自動車が力行中においては、下アーム（トランジスタ１１ｂ）のスイッチング動作に基づいて、デッドタイムやスイッチング遅延時間（見込み遅延時間）による電流リプルに位相の遅れを見込んだタイミングで電流センサ１６による計測を行う。例えば、下アーム（トランジスタ１１ｂ）をオフ動作からオン動作にする駆動信号（指令値）をトランジスタ１１ｂに出力してから見込み遅延時間ｄｔ１を経過した後のタイミングＴｂ（Ｔｂ０、Ｔｂ１、Ｔｂ２）で電流センサ１６による計測を行う。これにより、リアクトル電流ＩＬの電流リプルの谷の底部を高精度に計測することが可能になる。また、例えば、下アーム（トランジスタ１１ｂ）をオン動作からオフ動作にする駆動信号（指令値）をトランジスタ１１ｂに出力してから見込み遅延時間ｄｔ２を経過した後のタイミングＴａ（Ｔａ１、Ｔａ２）で電流センサ１６による計測を行う。これにより、リアクトル電流ＩＬの電流リプルの山の頂部を高精度に計測することが可能になる。

これに対して、図４には図示していないが、当該電気自動車が回生中においては、上アーム（トランジスタ１１ａ）のスイッチング動作に基づいて、デッドタイムやスイッチング遅延時間（見込み遅延時間）による電流リプルに位相の遅れを見込んだタイミングで電流センサ１６による計測を行う。例えば、上アーム（トランジスタ１１ａ）をオフ動作からオン動作にする駆動信号（指令値）をトランジスタ１１ａに出力してから見込み遅延時間を経過した後のタイミングで電流センサ１６による計測を行う。これにより、リアクトル電流ＩＬの電流リプルの谷の底部を高精度に計測することが可能になる。また、例えば、上アーム（トランジスタ１１ａ）をオン動作からオフ動作にする駆動信号（指令値）をトランジスタ１１ａに出力してから見込み遅延時間を経過した後のタイミングで電流センサ１６による計測を行う。これにより、リアクトル電流ＩＬの電流リプルの山の頂部を高精度に計測することが可能になる。

また、改変例１のコントローラ５０では、キャリア信号の頂部や底部のタイミングＴｘ、Ｔｙにおいて、電流センサ１６による計測を行うことにより、リアクトル電流ＩＬの電流リプルの中心電流（平均電流値）を得ることが可能になる（図４に示す破線矩形内）。これにより、リアクトル電流ＩＬの交流成分（電流リプル）を除去したリアクトル電流ＩＬを計測することができる。この場合にも、デッドタイムやスイッチング遅延時間（見込み遅延時間）による電流リプルに位相の遅れを見込んだタイミングで電流センサ１６による計測を行うことにより、高精度なリアクトル電流ＩＬの電流リプルの中心電流（平均電流値）を得ることが可能になる。

電圧コンバータ１０は、上述のように複数のセンサ（電流センサ１５、１６、電圧センサ１７、１８）を備えている。そのため、これらのセンサに故障が生じた場合には、故障したセンサの発見を容易にできることが望ましい。

そこで、改変例２のコントローラ５０では、例えば、図５に示す故障部位の特定処理を、図３を参照して説明した故障検出処理のステップＳ５とステップＳ６との間に挿入して実行する。図５に、改変例２のコントローラ５０が実行する故障部位の特定処理のフローチャート図を示す。

改変例２のコントローラ５０は、図３に示すステップＳ５による否定判定（Ｓ５：ＮＯ）の後、図５に示す故障部位の特定処理を開始する。コントローラ５０は、まず、ステップＳ１１によって、電圧センサ１７により計測した低圧側電圧ＶＬと、バッテリ３の電圧センサ（不図示）により計測したバッテリ電圧ＶＢとの電圧偏差（＝ＶＬ−ＶＢ）を算出する処理を行う。次にコントローラ５０は、ステップＳ１２により、この電圧偏差が予め定められている所定範囲内にあるか否かの判定処理を行う。この所定範囲は、例えば、電圧センサ１７による計測誤差の範囲や、バッテリ３から低圧側プラス端子ＰＬに至るまで間に配線されたパワーケーブルの電気抵抗による電圧降下分などに基づいて決定される。

ステップＳ１２の判定処理によって、この電圧偏差が所定範囲内にないと判定された場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、低圧側の電圧センサ１７が故障している蓋然性が高い。そのため、コントローラ５０は、ステップＳ１４により、低圧側の電圧センサ１７の故障情報を所定フラグなどにセットする処理を行い、本故障部位の特定処理を終える。これに対して、ステップＳ１２の判定処理によって、この電圧偏差が所定範囲内にあると判定された場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、低圧側の電圧センサ１７は正常である蓋然性が高い。そのため、コントローラ５０は、次のステップＳ１３により、昇圧又は降圧による電圧偏差を算出する処理を行う。

ステップＳ１３の算出処理では、例えば、電圧センサ１７により計測した低圧側電圧ＶＬを電圧センサ１８により計測した高圧側電圧ＶＨで除算した（＝ＶＬ／ＶＨ）結果からデューティ比を減算した値の絶対値（電圧偏差）を算出する。そして、コントローラ５０は、次のステップＳ１５により、この電圧偏差が予め定められている所定範囲内にあるか否かの判定処理を行う。この所定範囲は、例えば、電流センサ１８による計測誤差の範囲がこれに相当し、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいて決定される。

ステップＳ１５の判定処理によって、この電圧偏差が所定範囲内にないと判定された場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、高圧側の電圧センサ１８が故障している蓋然性が高い。そのため、コントローラ５０は、ステップＳ１７により、高圧側の電圧センサ１８の故障情報を所定フラグなどにセットする処理を行い、本故障部位の特定処理を終える。これに対して、ステップＳ１５の判定処理によって、この電圧偏差が所定範囲内にあると判定された場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、高圧側の電圧センサ１８は正常である蓋然性が高い。そのため、コントローラ５０は、次ステップＳ１６により、キャリア指令値とキャリア周波数の周波数偏差を算出する処理を行う。

ステップＳ１６の算出処理では、例えば、昇圧又は降圧用のキャリアの指令値を取得し、その指令値の周波数ｆｃと実際のキャリア周波数ｆｇの偏差（周波数偏差）を算出する。実際のキャリア周波数ｆｇは、例えば、コントローラ５０を構成するキャリア信号発生部から得られるキャリア信号の電圧値の変動周期などから算出する（ｆｇ＝１／変動周期）。そして、次のステップＳ１８により、この周波数偏差が予め定められている所定範囲内にあるか否かの判定処理が行われる。この所定範囲は、例えば、キャリア信号発生部の周波数許容偏差の範囲がこれに相当する。

ステップＳ１８の判定処理によって、この周波数偏差が所定範囲内にないと判定された場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、コントローラ５０のキャリア信号発生部が故障している蓋然性が高い。そのため、コントローラ５０は、ステップＳ２０により、キャリア信号発生部の故障情報を所定フラグなどにセットする処理を行い、本故障部位の特定処理を終える。これに対して、ステップＳ１８の判定処理によって、この周波数偏差が所定範囲内にあると判定された場合には（Ｓ１８：ＹＥＳ）、キャリア信号発生部は正常である蓋然性が高い。そのため、故障部位の可能性として残っているリアクトル１２の故障の蓋然性が高いことから、コントローラ５０は、次のステップＳ１９により、リアクトル１２の故障情報を所定フラグなどにセットする処理を行い、本故障部位の特定処理を終える。

図５に示す故障部位の切分け処理が終了すると、図３のステップＳ６に処理を移行する。すなわち、異常カウンタの累計値を加算する処理が行われる。改変例２のコントローラ５０では、この異常カウンタが故障部位の種類（リアクトル１２用の異常カウンタ、電圧センサ１７用の異常カウンタ、電圧センサ１８用の異常カウンタ、キャリア信号発生部用の異常カウンタ）だけ存在する。そのため、ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８の各処理においては、これらの異常カウンタの夫々について所定の処理が行われる。

実施例技術に関する留意点を述べる。トランジスタ１１ａ、１１ｂが２個のスイッチング素子の一例に相当する。電流センサ１６が「リアクトルに流れる電流を計測する電流センサ」の一例に相当する。電圧センサ１７が第１電圧センサの一例に相当する。電圧センサ１８が第２電圧センサの一例に相当する。リアクトル電流ＩＬが「リアクトルに流れる電流」の一例に相当する。高圧側マイナス端子ＮＨ及び低圧側マイナス端子ＮＬが、負極端子の一例に相当する。高圧側プラス端子ＰＨが高電圧側の正極端子の一例に相当する。低圧側プラス端子ＰＬが低電圧側の正極端子の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：バッテリ
４ａ、４ｂ：スイッチ
１０：電圧コンバータ
１１ａ、１１ｂ：トランジスタ
１２：リアクトル
１３、１４：コンデンサ
１５、１６：電流センサ
１７、１８：電圧センサ
２０：インバータ
３０：モータ
５０：コントローラ
ＣＰ：接続中点
ＩＬ：リアクトル電流
ＩＬｒｅ：電流リプルの推定振幅値
ＩＬｒｍ：電流リプルの実測振幅値
ＮＨ：高圧側マイナス端子
ＮＬ：低圧側マイナス端子
ＰＨ：高圧側プラス端子
ＰＬ：低圧側プラス端子
ＶＨ：高圧側電圧
ＶＬ：低圧側電圧

Claims (1)

1. 高電圧側の正極端子と負極端子の間に直列接続されている２個のスイッチング素子と、
   前記２個のスイッチング素子の直列接続の接続中点と低電圧側の正極端子の間に接続されているリアクトルと、
   前記リアクトルに流れる電流を計測する電流センサと、
   前記低電圧側の電圧を計測する第１電圧センサと、
   前記高電圧側の電圧を計測する第２電圧センサと、
   コントローラと、を備えており、
   前記コントローラは、前記第１電圧センサ及び前記第２電圧センサから夫々出力される電圧データに基づいて推定する前記リアクトルの推定電流値であって前記２個のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い発生する電流リプルの推定振幅値と、前記電流センサから出力される前記リアクトルの実測電流値であって前記２個のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い発生する電流リプルの実測振幅値と、を比較し、前記推定振幅値と前記実測振幅値の差が予め定められた所定範囲内にない場合に前記リアクトルに異常が生じていると判定する、ことを特徴とする電圧コンバータ。

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