JP6848658B2 - Buck-boost converter and power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、昇降圧コンバータおよび電源システムに関し、特にスイッチング素子に故障が発生した時の動作に関する。 The present invention relates to a buck-boost converter and a power supply system, and particularly to an operation when a failure occurs in a switching element.
特開２０１１−１２６４３１号公報（特許文献１）には、２つの蓄電池を備えた電源装置が開示される。この電源装置は、鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されたリチウム蓄電池と、鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間に電気的に接続され、通電及び遮断を切り替えるＭＯＳ−ＦＥＴ（開閉手段）と、ＭＯＳ−ＦＥＴに対して並列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。この電源装置は、回生発電によりリチウム蓄電池を充電する時には、ＭＯＳ−ＦＥＴを通電作動させ、リチウム蓄電池から放電する時には、リチウム蓄電池から放電される電力をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧させて鉛蓄電池の側へ供給させる。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-126431 (Patent Document 1) discloses a power supply device including two storage batteries. This power supply device includes a lithium storage battery that is electrically connected in parallel to the lead storage battery, a MOS-FET (opening / closing means) that is electrically connected between the lead storage battery and the lithium storage battery, and switches between energization and cutoff. It includes a DC / DC converter connected in parallel to the MOS-FET. This power supply device energizes the MOS-FET when charging the lithium storage battery by regenerative power generation, and boosts the power discharged from the lithium storage battery with a DC / DC converter when discharging from the lithium storage battery to the side of the lead storage battery. To supply to.
特開２０１１−１２６４３１号公報に開示された構成のように、近年は従来の鉛蓄電池に加えてリチウム蓄電池を並列に接続して使用することが提案されている。２つのバッテリの電圧は概ね等しく管理されるが、充放電が行なえるようにするため、バッテリの間の電力変換には双方向昇降圧コンバータを用いることが望ましい。 As in the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-126431, in recent years, it has been proposed to connect and use a lithium storage battery in parallel in addition to the conventional lead storage battery. Although the voltages of the two batteries are controlled to be approximately equal, it is desirable to use a bidirectional buck-boost converter for power conversion between the batteries so that charging and discharging can be performed.
双方向昇降圧コンバータが、２つの電池の間に接続され、一方電池に大きな負荷装置および発電機が接続され、他方電池に定電圧負荷が接続されている構成はしばしば見られる。大きな負荷装置の起動時などに一方電池が電圧低下しても、間に双方向昇降圧コンバータがあるので、他方電池は電圧降下が少なくて済むので定電圧負荷は安定して作動する。 It is often the case that a bidirectional buck-boost converter is connected between two batteries, one with a large load device and generator connected and the other with a constant voltage load. Even if the voltage of one battery drops when a large load device is started, the constant voltage load operates stably because the voltage drop of the other battery is small because there is a bidirectional buck-boost converter in between.
しかし、双方向昇降圧コンバータが故障すると、双方向昇降圧コンバータを停止してしまうことが一般的である。双方向昇降圧コンバータが停止すると、他方電池がそのうちにバッテリ上がりを起こしてしまい、定電圧負荷が停止してしまう。双方向昇降圧コンバータが故障しても、必ずしも停止させなくても良い場合があり、その場合には負荷を止めないほうがユーザにとって便利であり、バッテリ上がりも予防できる。 However, when the bidirectional buck-boost converter fails, the bidirectional buck-boost converter is generally stopped. When the bidirectional buck-boost converter stops, the other battery eventually runs out, and the constant voltage load stops. Even if the bidirectional buck-boost converter fails, it may not always be necessary to stop it. In that case, it is more convenient for the user to not stop the load, and the battery can be prevented from running out.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、故障発生時にも負荷の動作時間を延ばせる可能性が高まった昇降圧コンバータおよび電源システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a buck-boost converter and a power supply system having an increased possibility of extending the operating time of a load even in the event of a failure. ..
本開示は、昇降圧コンバータに関する。昇降圧コンバータは、第１電池と第２電池の間に接続される。昇降圧コンバータは、第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、第２中間ノードと接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、第１中間ノードと第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを備える。第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に、第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、第３スイッチング素子がオン固定となる。 The present disclosure relates to buck-boost converters. The buck-boost converter is connected between the first battery and the second battery. The buck-boost converter has a first switching element connected between the first power supply node and the first intermediate node that receives the voltage of the first battery, and a second switching element connected between the first intermediate node and the ground node. The switching element, the third switching element connected between the second power supply node and the second intermediate node that receive the voltage of the second battery, and the fourth switching connected between the second intermediate node and the ground node. It includes an element and a first inductor connected between the first intermediate node and the second intermediate node. When a conduction failure occurs in the first switching element, the second and fourth switching elements are fixed off, and the third switching element is fixed on.
本開示の昇降圧コンバータおよび電源システムによれば、故障発生時にも負荷の動作時間を延ばせる可能性が高まる。 According to the buck-boost converter and power supply system of the present disclosure, there is an increased possibility that the operating time of the load can be extended even in the event of a failure.
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り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
［電源システムの全体構成］
図１は、電源システムの全体構成を示す図である。図１を参照して、電源システム１は、鉛バッテリ２と、モーター３と、発電機４と、一般負荷５と、定電圧負荷６と、リチウムイオンバッテリ７と、マイコン８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０とを含む。鉛バッテリ２は、発電機４に接続される。
[Overall configuration of power supply system]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a power supply system. With reference to FIG. 1, the
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間の双方向の電圧変換を行なう昇降圧コンバータである。鉛バッテリ２の正電極は、電源線ＰＬ１によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の一方の電源ノードＰＮ１に接続される。リチウムイオンバッテリ７の正電極は、電源線ＰＬ２によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の他方の電源ノードＰＮ２に接続される。鉛バッテリ２の負電極およびリチウムイオンバッテリ７の負電極は、接地ノードＧＮＤに接続される。
The DC /
モーター３と、発電機４とは、電源線ＰＬ１に接続される。定電圧負荷６は、電源線ＰＬ２に接続される。
The
鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、双方ともたとえば８Ｖ〜１６Ｖ程度の電圧になるようにマイコン８によって管理されている。電圧は８Ｖ〜１６Ｖに限定されないが、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、少なくとも使用電圧範囲に重なる部分がある。なお、２つのバッテリも鉛バッテリやリチウムイオンバッテリに限定されず、他の種類のものであっても良く、使用電圧範囲に重なる部分がある２つのバッテリであればよい。
Both the
モーター３は、消費電力の大きい一般負荷の例であり、発電機４は、バッテリを充電する発電機であり、例えば車両などでは、オルタネータなどに該当するが、他の用途では他の発電装置が接続される場合も考えられる。電源線ＰＬ１の電源電圧は、一般負荷の電力消費により電圧降下が発生したり、発電機の発電電力によって電圧上昇が発生したりするため変動幅が大きい。
The
定電圧負荷６は、一般負荷５よりも電源電圧の変動の許容幅が小さい。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動はＤＣ／ＤＣコンバータ１０によって小さく抑えられている。
The
［実施の形態１］
図２は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、電源ノードＰＮ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続されたキャパシタＣ１と、電源ノードＰＮ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続されたキャパシタＣ２と、昇降圧コンバータ１１と、昇降圧コンバータ１１を制御する制御回路２０とを含む。電源ノードＰＮ１は、鉛バッテリ２の電圧を受ける。電源ノードＰＮ２は、リチウムイオンバッテリ７の電圧を受ける。
[Embodiment 1]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the DC /
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される。昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬ１とを含む。
The DC /
スイッチング素子Ｑ１は、電源ノードＰＮ１と中間ノードＮ１との間に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、中間ノードＮ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ３は、電源ノードＰＮ２と中間ノードＮ２との間に接続される。スイッチング素子Ｑ４は、中間ノードＮ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。インダクタＬ１は、中間ノードＮ１と中間ノードＮ２との間に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＭＯＳＦＥＴなどの場合、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで構成されてもよい。 The switching element Q1 is connected between the power supply node PN1 and the intermediate node N1. The switching element Q2 is connected between the intermediate node N1 and the ground node GND. The switching element Q3 is connected between the power supply node PN2 and the intermediate node N2. The switching element Q4 is connected between the intermediate node N2 and the ground node GND. The inductor L1 is connected between the intermediate node N1 and the intermediate node N2. When the switching elements Q1 to Q4 are MOSFETs or the like, the diodes D1 to D4 may be composed of a body diode of the MOSFET.
制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ３がオン固定となるように、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を制御する。
The
図３は、通常動作時におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御状態を説明するための図である。図２に示したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が図３のように動作することによって、双方向及び昇降圧の電力変換を行うことができる。なお、図３において、「ＳＷ」はオンとオフを繰り返すスイッチング動作を示し、「ＳＲ」は電圧の変化に同期して整流を行なう動作を示す。 FIG. 3 is a diagram for explaining the control state of the switching elements Q1 to Q4 during normal operation. By operating the switching elements Q1 to Q4 shown in FIG. 2 as shown in FIG. 3, it is possible to perform bidirectional and buck-boost power conversion. In FIG. 3, "SW" indicates a switching operation in which on and off are repeated, and "SR" indicates an operation in which rectification is performed in synchronization with a change in voltage.
このような動作を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１０において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３のショート故障を検知するように構成される。ショート故障は、スイッチング素子に流れる電流やスイッチング素子の両端の電圧を監視することによって検出することができる。制御回路２０は、スイッチング素子にショート故障が発生した場合、可能な場合には、中間ノードＮ１，Ｎ２を電源ノードＰＮ１，ＰＮ２にそれぞれ接続した状態にして、定電圧負荷６の動作を維持するとともに、リチウムイオンバッテリ７のバッテリ上がりを防ぐ。
In the DC /
図４は、制御回路２０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図２、図４を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、まずステップＳＴ１において、制御回路２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に故障が発生しているか否かを判断する。ステップＳＴ１において故障が発生していない場合は（ＳＴ１でＮＯ）、制御回路２０は、引き続き故障の監視を実行する。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the control executed by the
ステップＳＴ１において故障が発生したと判断された場合には（ＳＴ１でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ２に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であるか否かを判断する。スイッチング素子のショート故障は、図示しないが、電流センサや電圧センサによって、スイッチング素子の電流や電圧を監視することにより検出することができる。
If it is determined that a failure has occurred in step ST1 (YES in ST1), the
ステップＳＴ２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ２でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ３においてスイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ４がともにＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４を設定する。その後ステップＳＴ４において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ３がＯＮ状態になるように信号Ｓ３を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１によって接続された状態となる。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるが、リチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST2 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q1 (YES in ST2), the
なおこの場合、制御回路２０がステップＳＴ５においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
ステップＳＴ２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ２でＮＯ）、制御回路２０は、ステップＳＴ６に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であるか否かを判断する。
If it is not determined in step ST2 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q1 (NO in ST2), the
ステップＳＴ６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ６でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ７においてスイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ４がともにＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４を設定する。その後ステップＳＴ８において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態になるように信号Ｓ３を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST6 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q3 (YES in ST6), the
なおこの場合、制御回路２０がステップＳＴ９においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
一方、ステップＳＴ６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障でないと判断された場合には（ＳＴ６でＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止するほうが良い。このため、制御回路２０は、ステップＳＴ１０においてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ１〜Ｓ４を設定する。そして、ステップＳＴ１１において、制御回路２０は、ランプやブザー音などによって故障の発生をユーザに報知する。
On the other hand, if it is determined in step ST6 that the failure is not a short-circuit failure of the switching element Q3 (NO in ST6), it is better to stop the DC /
ステップＳＴ５、ＳＴ９、ＳＴ１１のいずれかの処理の後には、ステップＳＴ１２においてこのフローチャートの処理は終了する。 After any of the processes of steps ST5, ST9, and ST11, the process of this flowchart ends in step ST12.
上記のように、実施の形態１においては、ハイサイドスイッチ素子（Ｑ１およびＱ３の一方）のショート故障を検出した場合、ショート故障していない方のハイサイドスイッチ素子（Ｑ１およびＱ３の他方）もオンさせる。すなわちＱ１，Ｑ３ともにショート状態とする。またこの状態のとき、ローサイドスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４）はオン状態にしてはならず、常にオフにする。 As described above, in the first embodiment, when a short failure of the high side switch element (one of Q1 and Q3) is detected, the high side switch element (the other of Q1 and Q3) that does not have a short failure is also detected. Turn it on. That is, both Q1 and Q3 are in a short state. Further, in this state, the low side switch elements (Q2, Q4) must not be turned on, but are always turned off.
ハイサイドのスイッチング素子のどちらかがショートした場合は、もう一方のハイサイドスイッチング素子をオン（ショート状態）にすると、ほぼ同じ電圧で用いられる２つのバッテリは同一の系統に接続された状態となり、負荷を継続して使用することができる。この場合、鉛バッテリ系統の電圧変動がリチウムイオンバッテリ系統へも伝わってしまい正常状態からの性能は低下するが、その影響は限定的である。たとえば、モーター動作時などにおいては電圧が変動するが、システムの動作を継続することができる。なお、この処置は応急処置であり、早々に修理をすることが望ましい。 If one of the high-side switching elements is short-circuited and the other high-side switching element is turned on (shorted state), the two batteries used at almost the same voltage will be connected to the same system. The load can be used continuously. In this case, the voltage fluctuation of the lead battery system is also transmitted to the lithium ion battery system, and the performance from the normal state is deteriorated, but the influence is limited. For example, the voltage fluctuates when the motor is operating, but the system can continue to operate. This procedure is an emergency measure, and it is desirable to repair it as soon as possible.
実施の形態１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に故障が発生した場合でも、多くの場合は定電圧負荷６の使用を継続できるので、ユーザにとって便利である。また、リチウムイオンバッテリ７は電力が消費されても適宜充電されるので、バッテリ上がりを防ぐことができる。すなわち、ハイサイドスイッチング素子の故障に対して、追加の素子を不要とせず比較的安価で簡易な対策を実現できる。
According to the first embodiment, even if the DC /
［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１で説明した双方向昇降圧コンバータを２つ以上並列接続したマルチフェーズコンバータ構成にする場合を説明する。あるフェーズのハイサイドスイッチング素子がショートしたら、他のフェーズのハイサイドスイッチング素子も含めすべてオンさせ、ローサイドスイッチング素子はオフさせる。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a case where two or more bidirectional buck-boost converters described in the first embodiment are connected in parallel to form a multi-phase converter configuration will be described. When the high-side switching element of one phase is short-circuited, all the high-side switching elements of other phases are turned on and the low-side switching element is turned off.
図５は、実施の形態２に係るマルチフェーズコンバータ構成のＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成を示す図である。実施の形態２の電源システムは、図１の構成においてＤＣ／ＤＣコンバータ１０に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ３０を備える。図５を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される昇降圧コンバータ１１と、昇降圧コンバータ１１と並列に、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される昇降圧コンバータ１２と、制御回路２１とを備える。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a DC /
昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬ１とを含む。昇降圧コンバータ１１の内部構成は、図２と同様であるので、説明は繰り返さない。
The buck-
昇降圧コンバータ１２は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、インダクタＬ２とを含む。
The buck-
スイッチング素子Ｑ５は、電源ノードＰＮ１と中間ノードＮ３との間に接続される。スイッチング素子Ｑ６は、中間ノードＮ３と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ７は、電源ノードＰＮ２と中間ノードＮ４との間に接続される。スイッチング素子Ｑ８は、中間ノードＮ４と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。インダクタＬ２は、中間ノードＮ３と中間ノードＮ４との間に接続される。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８がＭＯＳＦＥＴなどの場合、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで構成されてもよい。 The switching element Q5 is connected between the power supply node PN1 and the intermediate node N3. The switching element Q6 is connected between the intermediate node N3 and the ground node GND. The switching element Q7 is connected between the power supply node PN2 and the intermediate node N4. The switching element Q8 is connected between the intermediate node N4 and the ground node GND. The inductor L2 is connected between the intermediate node N3 and the intermediate node N4. When the switching elements Q5 to Q8 are MOSFETs or the like, the diodes D5 to D8 may be composed of a body diode of the MOSFET.
制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ３がオン固定となるとともに、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ８がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ７がオン固定となるように、信号Ｓ２〜Ｓ８を制御する。
In the
制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８をオフ状態に固定してから、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７をオン状態に固定するように信号Ｓ２〜Ｓ８を制御する。
When a conduction failure occurs in the switching element Q1, the
図６は、制御回路２１が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図５、図６を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、まずステップＳＴ３１において、制御回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に故障が発生しているか否かを判断する。ステップＳＴ３１において故障が発生していない場合は（ＳＴ３１でＮＯ）、制御回路２１は、引き続き故障の監視を実行する。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the control executed by the
ステップＳＴ３１において故障が発生したと判断された場合には（ＳＴ３１でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３２に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であるか否かを判断する。スイッチング素子のショート故障は、図示しないが、電流センサや電圧センサによって、スイッチング素子の電流や電圧を監視することにより検出することができる。
If it is determined that a failure has occurred in step ST31 (YES in ST31), the
ステップＳＴ３２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ３２でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３３においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ３４において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるが、リチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST32 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q1 (YES in ST32), the
なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ３５においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
ステップＳＴ３２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ３２でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３６に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であるか否かを判断する。
If it is not determined in step ST32 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q1 (NO in ST32), the
ステップＳＴ３６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ３６でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３７においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ３８において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ５，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST36 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q3 (YES in ST36), the
なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ３９においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
ステップＳＴ３６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ３６でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４０に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であるか否かを判断する。
If it is not determined in step ST36 that the failure is a short failure of the switching element Q3 (NO in ST36), the
ステップＳＴ４０において故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ４０でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４１においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ４２において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST40 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q5 (YES in ST40), the
なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ４３においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
ステップＳＴ４０において故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ４０でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４４に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障であるか否かを判断する。
If it is not determined in step ST40 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q5 (NO in ST40), the
ステップＳＴ４４において故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ４４でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４５においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ４６において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。
When it is determined in step ST44 that the failure is a short-circuit failure of the switching element Q7 (YES in ST44), the
なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ４７においてユーザに警告を報知することが好ましい。
In this case, it is preferable that the
一方、ステップＳＴ４４において故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障でないと判断された場合には（ＳＴ４４でＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を停止するほうが良い。このため、制御回路２１は、ステップＳＴ４８においてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ１〜Ｓ８を設定する。そして、ステップＳＴ４９において、制御回路２１は、ランプやブザー音などによって故障の発生をユーザに報知する。
On the other hand, if it is determined in step ST44 that the failure is not a short-circuit failure of the switching element Q7 (NO in ST44), it is better to stop the DC /
ステップＳＴ３５、ＳＴ３９、ＳＴ４３、ＳＴ４７、ＳＴ４９のいずれかの処理の後には、ステップＳＴ５０においてこのフローチャートの処理は終了する。 After any of the processes of steps ST35, ST39, ST43, ST47, and ST49, the process of this flowchart ends in step ST50.
図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータの場合は、昇降圧コンバータが並列接続しているため、ひとつの昇降圧コンバータ中のスイッチング素子のショートが他にも影響する。そのため、他の昇降圧コンバータのハイサイドスイッチング素子もショート状態とする。 In the case of the DC / DC converter shown in FIG. 5, since the buck-boost converters are connected in parallel, a short circuit of the switching element in one buck-boost converter has other effects. Therefore, the high-side switching elements of other buck-boost converters are also short-circuited.
すなわち、実施の形態２では、双方向昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ハイサイドスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７のいずれか）のショート故障を検出した場合、ショート故障していないハイサイドスイッチ素子もオンさせる。すなわちＱ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７をショート状態とする。またこの状態のとき、ローサイドスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８）は常にオフ状態に固定する。 That is, in the second embodiment, when a short failure of the high side switch element (any of Q1, Q3, Q5, Q7) is detected in the bidirectional buck-boost DC / DC converter, the high side switch that has not failed is not short-circuited. The element is also turned on. That is, Q1, Q3, Q5, and Q7 are short-circuited. In this state, the low side switch elements (Q2, Q4, Q6, Q8) are always fixed to the off state.
これにより、マルチフェーズのコンバータの場合でも実施の形態１と同様の効果が得られる。すなわち、ハイサイドスイッチ素子の故障に対して、故障した素子の交換までの間、双方向昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を継続することができる。また、追加の素子を必要としないため、コスト的にもメリットがある。 As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained even in the case of the multi-phase converter. That is, in response to a failure of the high-side switch element, the operation of the bidirectional buck-boost DC / DC converter can be continued until the failed element is replaced. In addition, since no additional element is required, there is an advantage in terms of cost.
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て特許請求の範囲によって示され、特許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。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ 電源システム、２ 鉛バッテリ、３ モーター、４ 発電機、５ 一般負荷、６ 定電圧負荷、７ リチウムイオンバッテリ、８ マイコン、１０，３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１，１２ 昇降圧コンバータ、２０，２１ 制御回路、Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、ＧＮＤ 接地ノード、Ｌ１，Ｌ２ インダクタ、Ｎ１〜Ｎ４ 中間ノード、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源線、ＰＮ１，ＰＮ２ 電源ノード、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード。 1 power supply system, 2 lead battery, 3 motor, 4 generator, 5 general load, 6 constant voltage load, 7 lithium ion battery, 8 microcomputer, 10,30 DC / DC converter, 11,12 buck-boost converter, 20,21 Control circuit, C1, C2 capacitor, GND grounded node, L1, L2 inductor, N1 to N4 intermediate node, PL1, PL2 power supply line, PN1, PN2 power supply node, Q1 to Q8 switching element, D1 to D8 diode.
Claims (5)
前記第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、
前記第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、
前記第２中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、
前記第１中間ノードと前記第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを備え、
前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に前記第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、前記第３スイッチング素子がオン固定となる、昇降圧コンバータ。 A buck-boost converter connected between the first battery and the second battery.
A first switching element connected between the first power supply node and the first intermediate node that receives the voltage of the first battery, and
A second switching element connected between the first intermediate node and the ground node,
A third switching element connected between the second power supply node and the second intermediate node that receives the voltage of the second battery, and
A fourth switching element connected between the second intermediate node and the grounded node,
A first inductor connected between the first intermediate node and the second intermediate node is provided.
A buck-boost converter in which the second and fourth switching elements are fixed off and the third switching element is fixed on when a conduction failure occurs in the first switching element.
前記第１電池および前記第２電池とを備え、
前記第１電池は、発電機に接続される、電源システム。 The buck-boost converter according to claim 1 and
The first battery and the second battery are provided.
The first battery is a power supply system connected to a generator.
前記第１の昇降圧コンバータと並列に、前記第１電池と前記第２電池との間に接続される第２の昇降圧コンバータとを備え、
前記第１の昇降圧コンバータは、
前記第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、
前記第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、
前記第２中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、
前記第１中間ノードと前記第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを含み、
前記第２の昇降圧コンバータは、
前記第１電源ノードと第３中間ノードとの間に接続された第５スイッチング素子と、
前記第３中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第６スイッチング素子と、
前記第２電源ノードと第４中間ノードとの間に接続された第７スイッチング素子と、
前記第４中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第８スイッチング素子と、
前記第３中間ノードと前記第４中間ノードとの間に接続された第２インダクタとを含み、
前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に前記第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、前記第３スイッチング素子がオン固定となるとともに、前記第６，第８スイッチング素子がオフ固定となり、前記第５，第７スイッチング素子がオン固定となる、電源システム。 A first buck-boost converter connected between the first battery and the second battery,
A second buck-boost converter connected between the first battery and the second battery is provided in parallel with the first buck-boost converter.
The first buck-boost converter
A first switching element connected between the first power supply node and the first intermediate node that receives the voltage of the first battery, and
A second switching element connected between the first intermediate node and the ground node,
A third switching element connected between the second power supply node and the second intermediate node that receives the voltage of the second battery, and
A fourth switching element connected between the second intermediate node and the grounded node,
Includes a first inductor connected between the first intermediate node and the second intermediate node.
The second buck-boost converter
A fifth switching element connected between the first power supply node and the third intermediate node,
A sixth switching element connected between the third intermediate node and the grounded node,
A seventh switching element connected between the second power supply node and the fourth intermediate node,
An eighth switching element connected between the fourth intermediate node and the grounded node,
Includes a second inductor connected between the third intermediate node and the fourth intermediate node.
When a conduction failure occurs in the first switching element, the second and fourth switching elements are fixed off, the third switching element is fixed on, and the sixth and eighth switching elements are fixed off. , A power supply system in which the fifth and seventh switching elements are fixed on.
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