JP6852590B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

負荷および直流電源がインダクタの一次側に接続され二次電池がインダクタの二次側に接続され、二次電池の充電および二次電池から負荷への放電が可能な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが提案されている（例えば特許文献１参照）。この双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、インダクタと、インダクタの一次側に接続された２つのスイッチング素子と、インダクタの二次側に接続された２つのスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、Ｈブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフ動作を制御することにより、充電動作と放電動作との切り替え並びに昇圧動作と降圧動作との切り替えを行う制御部と、を備える。

特開２０１６−０２５８２６号公報

ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が短絡故障した場合、そのままＤＣ−ＤＣコンバータの動作を継続するとＤＣ−ＤＣコンバータからの発熱または発火の虞がある。また、４つのスイッチング素子のいずれかが短絡故障した場合、正常なスイッチング素子を含めて全て交換するとなると、その分、修理時における作業負荷が増大してしまう虞がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の短絡故障時における安全性を確保しつつ、修理時における作業負荷が軽減されるＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
インダクタと、前記インダクタの一次側に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、前記インダクタの二次側に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子と、を有するＨブリッジ型の電力変換回路と、
前記インダクタの一次側に流れる電流を測定する第１電流測定回路と、
前記インダクタの二次側に流れる電流を測定する第２電流測定回路と、
前記インダクタの両端の少なくとも一方の電位を設定する電位設定回路と、
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スイッチング素子それぞれの両端間の電圧を各別に測定する電圧測定部と、
前記第１電流測定回路により検出される電流値と前記第２電流測定回路により検出される電流値との少なくとも一方が予め設定された閾値以上の場合、前記電力変換回路の電力変換動作を停止させるとともに前記電位設定回路に電位を変化させてから、前記電圧測定部により測定される、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スイッチング素子それぞれの両端間の電圧に基づいて、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スイッチング素子それぞれの短絡故障の有無を判定する故障判定部と、を備える。

また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とは、前記インダクタの高電位側に接続され、
前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とは、前記インダクタの低電位側に接続され、
前記電位設定回路は、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記インダクタの両端の少なくとも一方に接続されるプルアップ回路と、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記インダクタの両端の少なくとも一方に接続されるプルダウン回路と、を有する、ものであってもよい。

また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記プルアップ抵抗は、一端が前記インダクタの一方端に接続され、他端が第５スイッチング素子を介して直流電圧源に接続され、
前記プルダウン抵抗は、一端が前記インダクタの一方端に接続され、他端が第６スイッチング素子を介して接地され、
前記故障判定部は、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記第５スイッチング素子をオンするとともに前記第６スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記第５スイッチング素子をオフするとともに前記第６スイッチング素子をオンする、ものであってもよい。

また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記故障判定部は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とのいずれかが短絡故障と判定した場合、前記電力変換回路を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、前記電力変換回路の起動を回避する、ものであってもよい。

また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記故障判定部は、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全てが正常と判定した場合、前記電力変換回路を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、前記電力変換回路を起動させる、ものであってもよい。

本発明によれば、故障判定部が、第１電流測定回路により検出される電流値と第２電流測定回路により検出される電流値との少なくとも一方が予め設定された閾値以上の場合、電力変換回路の電力変換動作を停止させる。そして、故障判定部は、電位設定回路にインダクタの両端の少なくとも一方の電位を変化させてから、電圧測定部により測定される、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子それぞれの両端間の電圧に基づいて、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子それぞれの短絡故障の有無を判定する。これにより、電力変換回路に過電流が流れることを防止しつつ、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子の中から短絡故障したものを特定し易くなる。従って、スイッチング素子の短絡故障時における安全性を確保しつつ、修理時における作業負荷が軽減される。

本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを備えるバッテリシステムの回路図である。 実施の形態に係る制御部のブロック図である。 実施の形態に係る制御部が実行する故障判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る制御部が実行する起動判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、４つのスイッチング素子を有するＨブリッジ型の電力変換回路を備え、電力変換回路に過電流が流れたときに電力変換回路の動作を停止させる。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータは、４つのスイッチング素子の中で短絡故障している可能性のあるスイッチング素子を特定するための故障判定処理を実行することにより、短絡故障している可能性のあるスイッチング素子を通知する。

本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、例えばメインバッテリとサブバッテリを搭載した車両のメインバッテリとサブバッテリとの間に接続される。例えば図１に示すように、本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、Ｈブリッジ型の非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、車載機器である負荷５と、メインバッテリ６と、サブバッテリ７と、ともにバッテリシステムを構成する。通常、メインバッテリ６から負荷５へ電力が供給される。そして、メインバッテリ６から負荷５への電力供給が停止すると、サブバッテリ７から負荷５へ電力が供給される。メインバッテリ６およびサブバッテリ７は、例えば互いに直列に接続された複数の電池セルから構成される組電池である。メインバッテリ６の電池セルは、例えば鉛蓄電池である。また、サブバッテリ７の電池セルは、リチウムイオン電池、溶融塩電池等である。メインバッテリ６およびサブバッテリ７の出力電圧は、例えば８Ｖ乃至１６Ｖである。メインバッテリ６およびサブバッテリ７の出力電圧は、それらの充電量に応じて変動する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、Ｈブリッジ型の電力変換回路１１と、電力変換回路１１の動作を制御する制御部３１と、を備える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、電力変換回路１１へ流れる電流を検出する第１電流測定回路１２および第２電流測定回路１３と、電位設定回路１４と、を備える。制御部３１には、ＥＣＵ（Engine Control Unit）３３がＣＡＮ（Control Area Network）を介して接続されている。

電力変換回路１１は、インダクタＬ１と、第１スイッチング素子であるトランジスタＱ１および第２スイッチング素子であるトランジスタＱ２と、第３スイッチング素子であるトランジスタＱ３および第４スイッチング素子であるトランジスタＱ４と、を有する。トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、それぞれＮチャネル型のＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。トランジスタＱ１、Ｑ３は、それぞれインダクタＬ１の一次側、二次側における高電位側に接続されている。なお、「一次側」とは、負荷５およびメインバッテリ６が接続される側を示し、「二次側」とは、サブバッテリ７に接続される側を示す。トランジスタＱ１は、ソースがインダクタＬ１に接続されドレインが抵抗Ｒ３を介してメインバッテリ６の高電位側の出力端に接続されている。トランジスタＱ３は、ソースがインダクタＬ１に接続されドレインが抵抗Ｒ４を介してサブバッテリ７の高電位側の出力端に接続されている。また、トランジスタＱ２、Ｑ４は、それぞれインダクタＬ１の一次側、二次側における低電位側に接続されている。トランジスタＱ２、Ｑ４は、それぞれ、ソースが接地されドレインがインダクタＬ１に接続されている。また、電力変換回路１１は、一端がメインバッテリ６の高電位側の出力端に接続され他端が接地されたキャパシタＣ１と、一端がサブバッテリ７の高電位側の出力端に接続され他端が接地されたキャパシタＣ２と、を有する。

第１電流測定回路１２は、インダクタＬ１の一次側に流れる電流の大きさを測定する。第１電流測定回路１２は、インダクタＬ１の一次側に接続された抵抗Ｒ３に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力する。第２電流測定回路１３は、インダクタＬ１の二次側に流れる電流の大きさを測定する。第２電流測定回路１３は、インダクタＬ１の二次側に接続された抵抗Ｒ４に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力する。

電位設定回路１４は、インダクタＬ１の一次側の電位を設定する。電位設定回路１４は、プルアップ抵抗Ｒ１とプルダウン抵抗Ｒ２とを有する。プルアップ抵抗Ｒ１は、ローサイド側のトランジスタＱ２、Ｑ４の少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合にインダクタＬ１に接続される。プルダウン抵抗Ｒ２は、ハイサイド側のトランジスタＱ１、Ｑ３の少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合にインダクタＬ１に接続される。プルアップ抵抗Ｒ１は、一端がインダクタＬ１に接続され、他端が直流電圧源（図示せず）の高電位側の出力端Ｕ１に第５スイッチング素子であるスイッチング素子ＳＷ１を介して接続されている。スイッチング素子ＳＷ１は、例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、端子ＳＷ１＿ＯＮの電圧レベルを変更してベース電流を調整し、オンまたはオフの制御を行う。直流電圧源としては、例えばチャージポンプ回路が用いられる。メインバッテリ６の出力電圧が８Ｖ乃至１６Ｖの場合、直流電圧源の出力電圧は、２２Ｖ以上に設定される。

プルダウン抵抗Ｒ２は、一端がインダクタＬ１に接続され、他端が第６スイッチング素子であるスイッチング素子ＳＷ２を介して接地されている。スイッチング素子ＳＷ２は、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、端子ＳＷ２＿ＯＮの電圧レベルを変更してベース電流を調整し、オンまたはオフの制御を行う。

ＥＣＵ３３は、車両の運転制御を行うユニットである。例えばユーザが車両の操作機器（図示せず）を介して電力変換回路１１を起動させるための操作を行ったとする。この場合、ＥＣＵ３３は、電力変換回路１１を起動するよう指示する起動指令信号を制御部３１へ出力する。

制御部３１は、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、Ｑ２＿ＰＷＭ、Ｑ３＿ＰＷＭ、Ｑ４＿ＰＷＭ、ＯＣＰ１、ＯＣＰ２、ＳＷ１＿ＯＮ、ＳＷ２＿ＯＮ、ＡＤＣ１、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３、ＡＤＣ４、ＡＤＣ５、ＡＤＣ６を有する。端子Ｑ１＿ＰＷＭ、Ｑ２＿ＰＷＭ、Ｑ３＿ＰＷＭ、Ｑ４＿ＰＷＭは、それぞれ、電力変換回路１１のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれのゲートに接続される。端子ＯＣＰ１、ＯＣＰ２は、それぞれ、第１電流測定回路１２、第２電流測定回路１３に接続される。端子ＳＷ１＿ＯＮ、ＳＷ２＿ＯＮは、それぞれ、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２に接続されている。端子ＡＤＣ１は、トランジスタＱ１のドレインに接続されている。端子ＡＤＣ２は、トランジスタＱ１のソースとトランジスタＱ２のドレインとの間に接続されている。端子ＡＤＣ３は、トランジスタＱ２のソースに接続されている。端子ＡＤＣ４は、トランジスタＱ３のドレインに接続されている。端子ＡＤＣ５は、トランジスタＱ３のソースとトランジスタＱ４のドレインとの間に接続されている。端子ＡＤＣ６は、トランジスタＱ４のソースに接続されている。

制御部３１は、図２に示すように、コンバータ制御部３１１と、過電流検出部３１２と、スイッチ制御部３１３と、電圧測定部３１４と、故障判定部３１５と、記憶部３１６と、を有する。コンバータ制御部３１１は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含み、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、Ｑ２＿ＰＷＭ、Ｑ３＿ＰＷＭ、Ｑ４＿ＰＷＭからトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートへ制御信号を出力することにより、電力変換回路１１を、充電モードまたは放電モードで動作させる。ここで、充電モードは、電力変換回路１１がメインバッテリ６から電力供給を受けてサブバッテリ７を充電するモードであり、放電モードは、電力変換回路１１がサブバッテリ７から電力供給を受けて負荷５へ電力を供給するモードである。

コンバータ制御部３１１が、端子Ｑ１＿ＰＷＭの出力電圧をＨレベル、端子Ｑ２＿ＰＷＭの出力電圧をＬレベルにし、端子Ｑ３＿ＰＷＭ、端子Ｑ４＿ＰＷＭから相補となるＰＷＭ信号を出力するとする。ここで、「Ｈレベル」とは、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のターンオン電圧よりも高い規定の電圧レベルに相当する。また、「Ｌレベル」とは、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のターンオン電圧よりも低い規定の電圧レベルに相当する。この場合、電力変換回路１１では、トランジスタＱ１がオン状態、トランジスタＱ２がオフ状態を維持しつつ、トランジスタＱ３がオンしトランジスタＱ４がオフした状態とトランジスタＱ２がオフしトランジスタＱ４がオンした状態とが交互繰り返される。この場合、電力変換回路１１は、メインバッテリ６の出力電圧を昇圧してサブバッテリ７へ印加する。一方、コンバータ制御部３１１が、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、端子Ｑ２＿ＰＷＭから相補となるＰＷＭ信号を出力し、端子Ｑ３＿ＰＷＭの出力電圧をＨレベル、端子Ｑ４＿ＰＷＭの出力電圧をＬレベルにしたとする。この場合、電力変換回路１１では、トランジスタＱ３がオン状態、トランジスタＱ４がオフ状態を維持しつつ、トランジスタＱ１がオンしトランジスタＱ２がオフした状態とトランジスタＱ１がオフしトランジスタＱ２がオンした状態とが交互繰り返される。この場合、電力変換回路１１は、メインバッテリ６の出力電圧を降圧してサブバッテリ７へ印加する。

また、コンバータ制御部３１１が、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、端子Ｑ２＿ＰＷＭから相補となるＰＷＭ信号を出力し、端子Ｑ３＿ＰＷＭの出力電圧をＨレベル、端子Ｑ４＿ＰＷＭの出力電圧をＬレベルにしたとする。この場合、電力変換回路１１では、トランジスタＱ３がオン状態、トランジスタＱ４がオフ状態を維持しつつ、トランジスタＱ１がオンしトランジスタＱ２がオフした状態とトランジスタＱ１がオフしトランジスタＱ２がオンした状態とが交互繰り返される。この場合、電力変換回路１１は、サブバッテリ７の出力電圧を昇圧して負荷５へ印加する。一方、コンバータ制御部３１１が、端子Ｑ１＿ＰＷＭの出力電圧をＨレベル、端子Ｑ２＿ＰＷＭの出力電圧をＬレベルにし、端子Ｑ３＿ＰＷＭ、端子Ｑ４＿ＰＷＭから相補となるＰＷＭ信号を出力したとする。この場合、電力変換回路１１では、トランジスタＱ１がオン状態、トランジスタＱ２がオフ状態を維持しつつ、トランジスタＱ３がオンしトランジスタＱ４がオフした状態とトランジスタＱ３がオフしトランジスタＱ４がオンした状態とが交互繰り返される。この場合、電力変換回路１１は、サブバッテリ７の出力電圧を降圧して負荷５へ印加する。

また、コンバータ制御部３１１は、故障判定部３１５から、電力変換回路１１の動作を停止するよう指示する停止指示情報が入力されると、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、Ｑ２＿ＰＷＭ、Ｑ３＿ＰＷＭ、Ｑ４＿ＰＷＭの出力電圧を全てＬレベルに設定する。これにより、電力変換回路１１は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が全てオフした状態で動作を停止する。一方、コンバータ制御部３１１は、故障判定部３１５が、電力変換回路１１を起動するよう指示する起動指示情報が入力されると、予め設定された電力変換回路１１の動作モードに応じて、前述のように端子Ｑ１＿ＰＷＭ、Ｑ２＿ＰＷＭ、Ｑ３＿ＰＷＭ、Ｑ４＿ＰＷＭから制御信号を各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートへ出力する。

電圧測定部３１４は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれの両端間の電圧を各別に測定する。電圧測定部３１４は、端子ＡＤＣ１、ＡＤＣ２間の電圧差からトランジスタＱ１の両端間の電圧をとして出力する。電圧測定部３１４は、端子ＡＤＣ２、ＡＤＣ３間の電圧差をトランジスタＱ２の両端間の電圧として出力する。電圧測定部３１４は、端子ＡＤＣ４、ＡＤＣ５間の電圧差をトランジスタＱ１の両端間の電圧として出力する。電圧測定部３１４は、端子ＡＤＣ５、ＡＤＣ６間の電圧差をトランジスタＱ１の両端間の電圧として出力する。

過電流検出部３１２は、第１電流測定回路１２により測定される電流値または第２電流測定回路１３により測定される電流値が予め設定された電流閾値以上の場合、電力変換回路１１に過電流が流れたことを通知する過電流通知信号を故障判定部３１５へ出力する。過電流検出部３１２は、例えば第１電流測定回路１２と基準電圧源（図示せず）とが入力端に接続されたコンパレータ（図示せず）と、第２電流測定回路１３と基準電圧源とが入力端に接続されたコンパレータ（図示せず）と、２つのコンパレータが入力端に接続されたＯＲ回路（図示せず）と、を有する。基準電圧源の出力電圧は、予め設定された電流閾値に対応する電圧に設定されている。各コンパレータは、第１電流測定回路１２または第２電流測定回路１３の出力電圧が基準電圧源の出力電圧以上になると、出力電圧がＨレベルに設定される。そして、過電流検出部３１２は、２つのコンパレータの少なくとも一方の出力電圧がＨレベルになると、Ｈレベルの過電流通知信号を故障判定部３１５へ出力する。

スイッチ制御部３１３は、故障判定部３１５から入力されるスイッチ制御情報に基づいて、端子ＳＷ１＿ＯＮ、ＳＷ２＿ＯＮそれぞれの出力電圧を設定する。例えば入力されるスイッチ制御情報がスイッチング素子ＳＷ１をオンしスイッチング素子ＳＷ２をオフする旨を示す場合、スイッチ制御部３１３は、端子ＳＷ１＿ＯＮの出力電圧をスイッチング素子ＳＷ１がオンになるレベルに設定し、端子ＳＷ２＿ＯＮの出力電圧をスイッチング素子ＳＷ２がオフとなるレベルに設定する。

故障判定部３１５は、電圧測定部３１４により測定されるトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれの両端間の電圧に基づいて、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の短絡故障の有無を判定する。故障判定部３１５は、動作指令部３１５１と、電圧判定部３１５２と、通知部３１５３と、を有する。動作指令部３１５１は、停止指示情報または起動指示情報を生成してコンバータ制御部３１１へ出力する。動作指令部３１５１は、過電流検出部３１２から過電流通知信号が入力されると、停止指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力する。これにより、コンバータ制御部３１１は、電力変換回路１１の電力変換動作を停止させる。

また、動作指令部３１５１は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４とのいずれかが短絡故障と判定された場合、ＥＣＵ３３から起動指令信号が入力されたとき、起動指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力しない。これにより、コンバータ制御部３１１による電力変換回路１１の起動が回避される。一方、動作指令部３１５１は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の全てが正常と判定された場合、ＥＣＵ３３から起動指令信号が入力されたとき、起動指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力する。これにより、コンバータ制御部３１１は、電力変換回路１１を起動させる。

電圧判定部３１５２は、過電流検出部３１２から過電流通知信号が電圧判定部３１５２へ入力されたときに、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の両端間の電圧に基づいて、短絡故障の有無を判定する。電圧判定部３１５２は、まず、トランジスタＱ２、Ｑ４の少なくとも一方の短絡故障の有無を判定するために、スイッチング素子ＳＷ１をオンしスイッチング素子ＳＷ２をオフする旨のスイッチ制御情報を生成してスイッチ制御部３１３へ出力する。これにより、電位設定回路１４が、インダクタＬ１との接続部分の電位を直流電圧源の出力端Ｕ１と同じ電位に変化させる。その後、電圧判定部３１５２は、電圧測定部３１４から入力されるトランジスタＱ２、Ｑ４の両端間の電圧を示す情報を取得し、それらが略０Ｖであるか否かを判定する。電圧判定部３１５２は、トランジスタＱ２、Ｑ４の両端間の電圧が略０Ｖであれば、トランジスタＱ２、Ｑ４の少なくとも一方が短絡故障している旨を示す短絡通知を通知部３１５３へ通知する。一方、電圧測定部３１４は、トランジスタＱ２、Ｑ４の両端間の電圧が略０Ｖで無い場合、トランジスタＱ２、Ｑ４の両方が正常である旨を通知する正常通知を通知部３１５３へ通知する。また、電圧判定部３１５２は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を生成して記憶部３１６に記憶させる。

次に、電圧判定部３１５２は、トランジスタＱ１、Ｑ３の少なくとも一方の短絡故障の有無を判定するために、スイッチング素子ＳＷ１をオフしスイッチング素子ＳＷ２をオンする旨のスイッチ制御情報を生成してスイッチ制御部３１３へ出力する。これにより、電位設定回路１４が、インダクタＬ１との接続部分の電位を接地電位に変化させる。続いて、電圧判定部３１５２は、電圧測定部３１４から入力されるトランジスタＱ１、Ｑ３の両端間の電圧を示す情報を取得し、それらが略０Ｖであるか否かを判定する。電圧測定部３１４は、トランジスタＱ１、Ｑ３の両端間の電圧が略０Ｖであれば、トランジスタＱ１、Ｑ３の少なくとも一方が短絡故障している旨を通知する短絡通知を通知部３１５３へ通知する。一方、電圧測定部３１４は、トランジスタＱ１、Ｑ３の両端間の電圧が略０Ｖで無い場合、トランジスタＱ１、Ｑ３の両方が正常である旨を通知する正常通知を通知部３１５３へ通知する。

通知部３１５３は、電圧判定部３１５２から通知される短絡通知に応じた情報または正常通知に応じた情報をＥＣＵ３３に通知する。

記憶部３１６は、例えば不揮発性メモリであり、電圧判定部３１５２により生成される、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を記憶する。

次に、本実施の形態に係る故障判定部３１５が実行する故障判定処理について図３を参照しながら説明する。故障判定部３１５は、故障判定処理を実行することにより、ＥＣＵ３３にトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の短絡故障の有無を示す情報を通知する。また、故障判定部３１５は、故障判定処理を実行することにより、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の短絡故障の有無に応じて、電力変換回路１１を起動するよう指示する起動指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力する。故障判定処理は、ＤＣ−ＤＣコンバータへ電源が投入されたことを契機として開始される。また、故障判定処理の開始直後において、スイッチ制御部３１３の端子ＳＷ１＿ＯＮ、端子ＳＷ２＿ＯＮの出力電圧は、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ２が共にオフとなるレベルに設定されているものとする。

まず、動作指令部３１５１は、図３に示すように、電力変換回路１１に過電流が流れたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。動作指令部３１５１は、過電流検出部３１２から過電流通知情報が入力されると、電力変換回路１１に過電流が流れたと判定する。動作指令部３１５１は、電力変換回路１１に過電流が流れていないと判定する限り（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理を繰り返し実行する。

一方、動作指令部３１５１は、電力変換回路１１に過電流が流れたと判定すると（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、電力変換回路１１の動作を停止するよう指示する停止指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力する（ステップＳ１０２）。コンバータ制御部３１１は、動作指令部３１５１から停止指示情報が入力されると、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、端子Ｑ２＿ＰＷＭ、端子Ｑ３＿ＰＷＭ、端子Ｑ４＿ＰＷＭの出力電圧をＬレベルにする。これにより、電力変換回路１１のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、正常であればオフ状態になる。

次に、電圧判定部３１５２は、スイッチング素子ＳＷ１をオンし、スイッチング素子ＳＷ２をオフするよう指示するスイッチ制御情報をスイッチ制御部３１３へ出力する（ステップＳ１０３）。このとき、スイッチ制御部３１３は、スイッチ制御情報に応じて、端子ＳＷ１＿ＯＮの出力電圧を変更し、スイッチング素子ＳＷ１をオンする。

続いて、電圧判定部３１５２は、電圧測定部３１４により測定される、端子ＡＤＣ２と端子ＡＤＣ３との間の電圧と、端子ＡＤＣ５と端子ＡＤＣ６との間の電圧と、を取得する（ステップＳ１０４）。その後、電圧判定部３１５２は、端子ＡＤＣ２と端子ＡＤＣ３との間の電圧と、端子ＡＤＣ５と端子ＡＤＣ６との間の電圧と、が略０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。電圧判定部３１５２が、端子ＡＤＣ２と端子ＡＤＣ３との間の電圧と、端子ＡＤＣ５と端子ＡＤＣ６との間の電圧と、が略０Ｖであると判定したとする（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）。この場合、電圧判定部３１５２が、トランジスタＱ２またはトランジスタＱ４が短絡故障していることを示す短絡通知を通知部３１５３へ通知し（ステップＳ１０６）、次に、後述のステップＳ１０８の処理が実行される。通知部３１５３は、短絡通知を受けると、ローサイド側のトランジスタＱ２またはトランジスタＱ４が短絡故障している旨を通知する情報をＥＣＵ３３に通知する。このとき、電圧判定部３１５２は、トランジスタＱ２またはトランジスタＱ４が短絡故障していることを示す判定結果情報を記憶部３１６に記憶させる。

一方、電圧判定部３１５２が、端子ＡＤＣ２と端子ＡＤＣ３との間の電圧と、端子ＡＤＣ５と端子ＡＤＣ６との間の電圧と、が略０Ｖでないと判定したとする（ステップＳ１０５：Ｎｏ）。この場合、電圧判定部３１５２が、ローサイド側のトランジスタＱ２、Ｑ４が正常であることを示す正常通知を通知部３１５３へ通知する（ステップＳ１０７）。ここで、通知部３１５３は、正常通知を受けると、トランジスタＱ２、Ｑ４が正常である旨を通知する情報をＥＣＵ３３に通知する。

続いて、電圧判定部３１５２は、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオンするよう指示するスイッチ制御情報をスイッチ制御部３１３へ出力する（ステップＳ１０８）。このとき、スイッチ制御部３１３は、スイッチ制御情報に応じて、端子ＳＷ１＿ＯＮの出力電圧および端子ＳＷ２＿ＯＮの出力電圧を変更し、スイッチング素子ＳＷ１をオフしスイッチング素子ＳＷ２をオンする。

その後、電圧判定部３１５２は、電圧測定部３１４により測定される、端子ＡＤＣ１と端子ＡＤＣ２との間の電圧と、端子ＡＤＣ４と端子ＡＤＣ５との間の電圧と、を取得する（ステップＳ１０９）。次に、電圧判定部３１５２は、端子ＡＤＣ１と端子ＡＤＣ２との間の電圧と、端子ＡＤＣ４と端子ＡＤＣ５との間の電圧と、が略０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。電圧判定部３１５２が、端子ＡＤＣ１と端子ＡＤＣ２との間の電圧と、端子ＡＤＣ４と端子ＡＤＣ５との間の電圧と、が略０Ｖであると判定したとする（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）。この場合、電圧判定部３１５２が、トランジスタＱ１またはトランジスタＱ３が短絡故障していることを示す短絡通知を通知部３１５３へ通知し（ステップＳ１１１）、続いて、後述のステップＳ１１３の処理が実行される。通知部３１５３は、短絡通知を受けると、トランジスタＱ１またはトランジスタＱ３が短絡故障している旨を通知する情報をＥＣＵ３３に通知する。このとき、電圧判定部３１５２は、ハイサイド側のトランジスタＱ１またはトランジスタＱ３が短絡故障していることを示す判定結果情報を記憶部３１６に記憶させる。

一方、電圧判定部３１５２が、端子ＡＤＣ１と端子ＡＤＣ２との間の電圧と、端子ＡＤＣ４と端子ＡＤＣ５との間の電圧と、が０Ｖでないと判定したとする（ステップＳ１１０：Ｎｏ）。この場合、電圧判定部３１５２が、ハイサイド側のトランジスタＱ１、Ｑ３が正常であることを示す正常通知を通知部３１５３へ通知する（ステップＳ１１２）。ここで、通知部３１５３は、正常通知を受けると、トランジスタＱ１、Ｑ３が正常である旨を通知する情報をＥＣＵ３３に通知する。

その後、電圧判定部３１５２は、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオフするよう指示するスイッチ制御情報をスイッチ制御部３１３へ出力する（ステップＳ１１３）。このとき、スイッチ制御部３１３は、スイッチ制御情報に応じて、端子ＳＷ１＿ＯＮの出力電圧および端子ＳＷ２＿ＯＮの出力電圧の両方を変更し、スイッチング素子ＳＷ１およびスイッチング素子ＳＷ２をオフする。そして、故障判定処理が終了する。

次に、本実施の形態に係る故障判定部３１５が実行する起動判定処理について図４を参照しながら説明する。動作指令部３１５１は、ＥＣＵ３３から電力変換回路１１の起動を指示する起動指示情報が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。動作指令部３１５１は、起動指示情報が入力されない限り（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理を繰り返し実行する。

一方、動作指令部３１５１は、起動指示情報が入力されたとする（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）。この場合、動作指令部３１５１は、記憶部３１６が記憶する判定結果情報を参照して、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のいずれかが短絡故障しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。動作指令部３１５１が、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のいずれかが短絡故障していると判定すると（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、そのまま起動判定処理が終了する。

一方、動作指令部３１５１が、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の全てが正常であると判定すると（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、電力変換回路１１の起動を指示する起動指示情報をコンバータ制御部３１１へ出力する（ステップＳ２０３）。その後、起動判定処理が終了する。コンバータ制御部３１１は、起動指示情報が入力されると、動作モードに応じて、端子Ｑ１＿ＰＷＭ、端子Ｑ２＿ＰＷＭ、端子Ｑ３＿ＰＷＭ、端子Ｑ４＿ＰＷＭからＰＷＭ信号を出力することにより、電力変換回路１１を起動させる。

以上説明したように、本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１０では、故障判定部が、第１電流測定回路により検出される電流値と第２電流測定回路により検出される電流値との少なくとも一方が予め設定された閾値以上の場合、電力変換回路の電力変換動作を停止させる。そして、故障判定部は、電位設定回路にインダクタの両端の少なくとも一方の電位を変化させてから、電圧測定部により測定される、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子それぞれの両端間の電圧に基づいて、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子それぞれの短絡故障の有無を判定する。これにより、電力変換回路に過電流が流れることを防止しつつ、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子の中から短絡故障したものを特定し易くなる。

また、本実施の形態に係る電位設定回路１４は、一端が直流電圧源の出力端Ｕ１に接続され、他端がインダクタＬ１にスイッチング素子ＳＷ１を介して接続されたプルアップ抵抗Ｒ１と、一端がインダクタＬ１にスイッチング素子ＳＷ２を介して接続され、他端が接地されたプルダウン抵抗Ｒ２と、を有する。そして、故障判定部３１５は、トランジスタＱ２、Ｑ４の少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオンするとともにスイッチング素子ＳＷ２をオフする。一方、故障判定部３１５は、トランジスタＱ１、Ｑ３の少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオフするとともにスイッチング素子ＳＷ２をオンする。これにより、電位設定回路１４の構成を簡素化できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を小型化できる。

更に、本実施の形態に係る故障判定部３１５は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のいずれかが短絡故障と判定した場合、電力変換回路１１を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、電力変換回路１１の起動を回避する。一方、故障判定部３１５は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の全てが正常と判定した場合、電力変換回路１１を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、電力変換回路１１を起動させる。これにより、例えば過電流の誤判定に基づいて電力変換回路１１の動作を停止させた場合、その後の起動指令により電力変換回路１１を速やかに起動させることができる。従って、過電流の誤判定によるＤＣ−ＤＣコンバータ１０が長期間停止を回避できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の利便性が向上するという利点がある。

（変形例）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば電位設定回路が、インダクタＬ１の二次側の電位を設定する構成であってもよい。

実施の形態に係る故障判定部３１５が実行する故障判定処理では、ローサイド側のトランジスタＱ２、Ｑ４の短絡故障の有無の判定を行った後、ハイサイド側のトランジスタＱ１、Ｑ３の短絡故障の有無の判定を行う例について説明した。但し、これに限らず、例えば、故障判定処理において、ハイサイド側のトランジスタＱ１、Ｑ３の短絡故障の有無の判定を行った後、ローサイド側のトランジスタＱ２、Ｑ４の短絡故障の有無の判定を行うようにしてもよい。

実施の形態では、メインバッテリ６から負荷５へ電力供給する例について説明したが、これに限らず、例えばメインバッテリ６の代わりに交流電源を備える構成であってもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０と交流電源との間にＡＣ−ＤＣコンバータを介在させればよい。

以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本発明は、２つのバッテリを有する車両に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータとして好適である。

５：負荷、６：メインバッテリ、７：サブバッテリ、１０：ＤＣ−ＤＣコンバータ、１１：電力変換回路、１２：第１電流測定回路、１３：第２電流測定回路、１４：電位設定回路、３１：制御部、３３：ＥＣＵ、３１１：コンバータ制御部、３１２：過電流検出部、３１３：スイッチ制御部、３１４：電圧測定部、３１５：故障判定部、３１６：記憶部、３１５１：動作指令部、３１５２：電圧判定部、３１５３：通知部、ＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３，ＡＤＣ４，ＡＤＣ５，ＡＤＣ６，ＯＣＰ１，ＯＣＰ２，Ｑ１＿ＰＷＭ，Ｑ２＿ＰＷＭ，Ｑ３＿ＰＷＭ，Ｑ４＿ＰＷＭ，ＳＷ１＿ＯＮ，ＳＷ２＿ＯＮ：端子、Ｃ１，Ｃ２：キャパシタ、ＳＷ１，ＳＷ２：スイッチング素子、Ｌ１：インダクタ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４：トランジスタ、Ｒ１：プルアップ抵抗、Ｒ２：プルダウン抵抗、Ｒ３，Ｒ４：抵抗、Ｕ１：出力端

Claims (5)

1. インダクタと、前記インダクタの一次側に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、前記インダクタの二次側に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子と、を有するＨブリッジ型の電力変換回路と、
   前記インダクタの一次側に流れる電流を測定する第１電流測定回路と、
   前記インダクタの二次側に流れる電流を測定する第２電流測定回路と、
   前記インダクタの両端の少なくとも一方の電位を設定する電位設定回路と、
   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スイッチング素子それぞれの両端間の電圧を各別に測定する電圧測定部と、
   前記第１電流測定回路により検出される電流値と前記第２電流測定回路により検出される電流値との少なくとも一方が予め設定された閾値以上の場合、前記電力変換回路の電力変換動作を停止させるとともに前記電位設定回路に電位を変化させてから、前記電圧測定部により測定される、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スイッチング素子それぞれの両端間の電圧に基づいて、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スイッチング素子それぞれの短絡故障の有無を判定する故障判定部と、を備える、
   ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子とは、前記インダクタの高電位側に接続され、
   前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とは、前記インダクタの低電位側に接続され、
   前記電位設定回路は、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記インダクタの両端の少なくとも一方に接続されるプルアップ抵抗と、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記インダクタの両端の少なくとも一方に接続されるプルダウン抵抗と、を有する、
   請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 前記プルアップ抵抗は、一端が前記インダクタの一方端に接続され、他端が第５スイッチング素子を介して直流電圧源に接続され、
   前記プルダウン抵抗は、一端が前記インダクタの一方端に接続され、他端が第６スイッチング素子を介して接地され、
   前記故障判定部は、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記第５スイッチング素子をオンするとともに前記第６スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との少なくとも一方の短絡故障の有無を検出する場合、前記第５スイッチング素子をオフするとともに前記第６スイッチング素子をオンする、
   請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 前記故障判定部は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とのいずれかが短絡故障と判定した場合、前記電力変換回路を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、前記電力変換回路の起動を回避する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 前記故障判定部は、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全てが正常と判定した場合、前記電力変換回路を起動するよう指示する起動指令が入力されたとき、前記電力変換回路を起動させる、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。

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