JP7018505B2

JP7018505B2 - Ｄｃ－ｄｃコンバータ

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Publication number: JP7018505B2
Application number: JP2020530066A
Authority: JP
Inventors: 勇輝山辺; 謹永渕
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2022-02-10
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Description

本発明は、ＤＣ－ＤＣコンバータに関する。

高圧側から低圧側へ電力変換を実施するＤＣ－ＤＣコンバータは、低圧側に同期整流回路および回路遮断スイッチを備え、低圧側回路の電流センサの値に応じて回路遮断スイッチをオフする構成になっている。このようなＤＣ－ＤＣコンバータにおいて、電流センサが故障した場合に、意図せず同期整流回路および回路遮断スイッチをオンに設定し、低圧側から高圧側へ電流が逆流して昇圧動作により部品が破損・劣化する場合がある。
特許文献１には、低圧側回路の電流センサによって電流の逆流を検知して回路遮断スイッチをオフする制御を行う技術が記載されている。

特開２００９-１４８１３１号公報

特許文献１に記載の技術では、電流センサが故障した場合に、低圧側から高圧側へ電流が逆流する昇圧動作を未然に防止することができない。

本発明によるＤＣ－ＤＣコンバータは、入力された直流電圧を降圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータであって、変圧器の一次側に接続された高圧側回路と、前記変圧器の二次側に接続され、同期整流回路および回路遮断スイッチを備える低圧側回路と、前記高圧側回路および前記低圧側回路の電流を検出する電流センサと、前記同期整流回路および前記回路遮断スイッチのスイッチングを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流センサで検出された前記高圧側回路および前記低圧側回路の電流の少なくとも一方が所定の値よりも低い場合に、前記同期整流回路および前記回路遮断スイッチの両方をオフにする。

本発明によれば、電流センサが故障した場合であっても、低圧側から高圧側へ電流が逆流する昇圧動作を未然に防止することができる。

ＤＣ－ＤＣコンバータの回路構成図である。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置の構成図である。回路遮断スイッチオンオフ判定部の処理動作を示すフローチャートである。同期整流スイッチオンオフ判定部の第１の処理動作を示すフローチャートである。同期整流スイッチオンオフ判定部の第２の処理動作を示すフローチャートである。低圧側電流が低い場合に低圧側の電流センサが故障した例を示すタイミングチャートである。低圧側電流が高い場合に低圧側の電流センサが故障した例を示すタイミングチャートである。低圧側電流が高い場合に低圧側の電流センサが故障した他の例を示すタイミングチャートである。

本実施形態におけるＤＣ－ＤＣコンバータは、以下に述べる制御を行うものであり、具体的な構成を説明する前にＤＣ－ＤＣコンバータについて述べる。

本実施形態におけるＤＣ－ＤＣコンバータは、車載用に高圧側から低圧側へ電力変換を実施する。そして、制御方式として電圧制御と電流制御を切り替えることができる。電圧制御とは、外部制御装置から受信した出力電圧指令に基づいて、出力電圧が出力電圧指令に等しくなるよう制御する方式である。電流制御とは、ＤＣ－ＤＣコンバータが算出した電流制限値に基づいて、低圧側電流が電流制限値を超えないように制御する方式である。

また、電圧制御と電流制御の切り替えは低圧側電流と電流制限値に基づいて実施し、低圧側電流が電流制限値より少ない場合は電圧制御に、低圧側電流が電流制限値より多い場合は電流制御となるように制御方式を切り替える。

さらに、本実施形態におけるＤＣ－ＤＣコンバータは同期スイッチング動作と非同期スイッチング動作を切り替えることができる。同期スイッチング動作は、低圧側のＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を行うものであり、そのスイッチングタイミングは高圧側のＭＯＳＦＥＴと同期させるように制御するものである。同期スイッチング動作の特徴は、電流応答性及び電力変換効率は向上するが、電流が低圧側から高圧側へ逆流が発生するリスクが存在する。一方、非同期スイッチング動作は、低圧側のＭＯＳＦＥＴのスイッチングを停止し、寄生ダイオードにより通流方向を制限しながら電力変換を実施する制御である。非同期スイッチング動作の特徴は、電流の逆流を防止できるものの、電流応答性及び電力変換効率は低下する。

同期スイッチング動作と非同期スイッチング動作の切り替えは低圧側電流に基づいて実施し、低圧側電流が所定値より低い場合は非同期スイッチング動作、所定値よりも高い場合は同期スイッチング動作となるように制御方式を切り替える。低圧側電流が所定値より低い場合に非同期スイッチング動作とする理由は、低圧側の電流が小さく0Ａ（アンペア）近傍で同期スイッチング動作を実施すると低圧側の電流のリプルにより電流の逆流が発生するリスクがあるためである。

一般に、低圧側電流が小さく、非同期スイッチング動作で、かつ回路遮断スイッチオフとなるような条件の時に、低圧側の電流センサが故障し、センサ値が所定値より高くなると、意図せず同期スイッチング動作で、かつ回路遮断スイッチオンとなる。その際、電流リプルにより昇圧動作（電流逆流）が発生する。
また、低圧側の電流センサが故障し、センサ値が電流制限値より高くなると、意図せぬ電流制御により昇圧動作（電流逆流）が発生する。なお、電流制限値は、非同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオフとなる所定値より高い値である。
本実施形態では、以下に述べるように、これらの昇圧動作（電流逆流）の発生を防止する。

次に、本実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータの具体的な構成について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ１００の回路構成図である。
ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の高圧側回路は、高圧側バッテリ３００に接続され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路は、低圧側バッテリ４００と、補機系負荷５００（以下、負荷５００）とが並列に接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の高圧側回路と低圧側回路は変圧器１４０を介して磁気的に結合されている。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００はＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００により制御される。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の高圧側回路は、フィルタキャパシタ１２０と、電流センサ１５０と、電圧センサ１６０と、ＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２、１１３と、共振用インダクタ１３０より構成される。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路は、平滑用キャパシタ１２１、１２２と、平滑用インダクタ１３１、１３２と、電流センサ１５１と、電圧センサ１６１と、ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５、１１６、１１７より構成される。

高圧側バッテリ３００は、高圧側バッテリ３００の高電位側がフィルタキャパシタ１２０の一端と電圧センサ１６０の一端とＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２のドレインに接続され、高圧側バッテリ３００の低電位側がフィルタキャパシタ１２０の他端と電圧センサ１６０の他端とＭＯＳＦＥＴ１１１、１１３のソースに接続される。高圧側バッテリ３００は、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン電池などである。

フィルタキャパシタ１２０は、フィルタキャパシタ１２０の一端が高圧側バッテリ３００の高電位側と電圧センサ１６０の一端とＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２のドレインに接続され、フィルタキャパシタ１２０の他端が高圧側バッテリ３００の低電位側と電圧センサ１６０の他端とＭＯＳＦＥＴ１１１、１１３のソースに接続される。

電流センサ１５０は、フィルタキャパシタ１２０の他端と、電圧センサ１６０の他端と、ＭＯＳＦＥＴ１１１、１１３のソースと、高圧側バッテリ３００の低電位側に接続される。電流センサ１５０の検出値は高圧側電流Ｉ１０としてＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００へ入力される。電流センサ１５０はシャント抵抗やホール素子などにより構成される。

電圧センサ１６０は、電圧センサ１６０の一端が高圧側バッテリ３００の高電位側とフィルタキャパシタ１２０の一端とＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２のドレインに接続され、電圧センサ１６０の他端が高圧側バッテリ３００の低電位側とフィルタキャパシタ１２０の他端とＭＯＳＦＥＴ１１１、１１３のソースに接続される。電圧センサ１６０の検出値である入力電圧Ｖ１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００へ入力される。電圧センサ１６０は分圧抵抗とオペアンプを用いた非反転増幅器や差動増幅器などにより構成される。

ＭＯＳＦＥＴ１１０は、ＭＯＳＦＥＴ１１０のドレインが高圧側バッテリ３００の高電位側とフィルタキャパシタ１２０の一端と電圧センサ１６０の一端とＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１０のソースはＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインと、共振用インダクタ１３０の一端に接続される。

ＭＯＳＦＥＴ１１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインがＭＯＳＦＥＴ１１０のソースと共振用インダクタ１３０の一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１１のソースは高圧側バッテリ３００の低電位側と、フィルタキャパシタ１２０の他端と、電圧センサ１６０の他端と、ＭＯＳＦＥＴ１１３のソースに接続される。

ＭＯＳＦＥＴ１１２は、ＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインはが高圧側バッテリ３００の高電位側とフィルタキャパシタ１２０の一端と電圧センサ１６０の一端とＭＯＳＦＥＴ１１０のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースはＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインと、変圧器１４０の一端に接続される。

ＭＯＳＦＥＴ１１３は、ＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインがＭＯＳＦＥＴ１１２のソースと変圧器１４０の一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１３のソースは高圧側バッテリ３００の低電位側とフィルタキャパシタ１２０の他端と電圧センサ１６０の他端とＭＯＳＦＥＴ１１１のソースに接続される。

共振用インダクタ１３０は、共振用インダクタ１３０の一端がＭＯＳＦＥＴ１１０のソース及びＭＯＳＦＥＴ１１１のドレインに接続され、共振用インダクタ１３０の他端が変圧器１４０の高圧側巻線１４１の一端に接続される。共振用インダクタ１３０は、変圧器１４０の漏れインダクタンス、あるいは配線インダクタンスで代替してもよい。

変圧器１４０は、高圧側巻線１４１と、低圧側巻線１４２、１４３を備える。変圧器１４０の高圧側巻線１４１は、高圧側巻線１４１の一端が共振用インダクタ１３０に接続され、高圧側巻線１４１の他端はＭＯＳＦＥＴ１１２のソースと、ＭＯＳＦＥＴ１１３のドレインに接続される。

変圧器１４０の低圧側巻線１４２は、低圧側巻線１４２の一端が、ＭＯＳＦＥＴ１１４のドレインに接続され、低圧側巻線１４２の他端は、変圧器１４０の２次側の低圧側巻線１４３の一端及び平滑用インダクタ１３１の一端に接続される。変圧器１４０の低圧側巻線１４３は、低圧側巻線１４３の一端が、変圧器１４０の２次側の低圧側巻線１４２の他端及び平滑用インダクタ１３１の一端に接続され、低圧側巻線１４３の他端は、ＭＯＳＦＥＴ１１５のドレインに接続される。

平滑用キャパシタ１２１は、平滑用キャパシタ１２１の一端が平滑用インダクタ１３１の他端と、ＭＯＳＦＥＴ１１６のドレインに接続され、平滑用キャパシタ１２１の他端が電流センサ１５１と、平滑用キャパシタ１２２と、電圧センサ１６１と、低圧側バッテリ４００の低電位側と、負荷５００に接続される。
平滑用キャパシタ１２２は、平滑用キャパシタ１２２の一端が平滑用インダクタ１３２と、電圧センサ１６１の一端と、低圧側バッテリ４００の高電位側と、負荷５００の一端に接続され、平滑用キャパシタ１２２の他端が電流センサ１５１と、平滑用キャパシタ１２１の他端と、電圧センサ１６１の他端と、低圧側バッテリ４００の低電位側と、負荷５００の他端に接続される。

平滑用インダクタ１３１は、平滑用インダクタ１３１の一端が変圧器１４０の低圧側巻線１４２の他端及び低圧側巻線１４３の一端に接続され、平滑用インダクタ１３１の他端がＭＯＳＦＥＴ１１６のドレインと、平滑用キャパシタ１２１の一端に接続される。
平滑用インダクタ１３２は、平滑用インダクタ１３２の一端がＭＯＳＦＥＴ１１７のドレインに接続され、平滑用インダクタ１３２の他端が平滑用キャパシタ１２２の一端と、電圧センサ１６１の一端と、低圧側バッテリ４００の高電位側と、負荷５００の一端に接続される。

電流センサ１５１は、ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５のソースと、平滑用キャパシタ１２１、１２２の他端と、電圧センサ１６１の他端と、低圧側バッテリ４００の低電位側と、負荷５００の他端に接続される。そして、電流センサ１５１の検出値はＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００へ低圧側電流Ｉ１１として入力される。電流センサ１５１はシャント抵抗やホール素子などにより構成される。

電圧センサ１６１は、電圧センサ１６１の一端が平滑用インダクタ１３２の他端と、平滑用キャパシタ１２２の一端と、低圧側バッテリ４００の高電位側と、負荷５００の一端に接続され、電圧センサ１６１の他端が電流センサ１５１と、平滑用キャパシタ１２１、１２２の他端と、低圧側バッテリ４００の低電位側と、負荷５００の他端に接続される。電圧センサ１６１の出力電圧Ｖ１１はＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００へ入力される。電圧センサ１６１は分圧抵抗とオペアンプを用いた非反転増幅器や差動増幅器などにより構成される。

ＭＯＳＦＥＴ１１４は、ＭＯＳＦＥＴ１１４のドレインが変圧器１４０の低圧側巻線１４２の一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１４のソースはＭＯＳＦＥＴ１１５のソースと電流センサ１５１に接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１１５は、ＭＯＳＦＥＴ１１５のドレインが変圧器１４０の低圧側巻線１４３の他端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１５のソースはＭＯＳＦＥＴ１１４のソースと電流センサ１５１に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５は同期整流回路（同期整流スイッチ）を構成する。

ＭＯＳＦＥＴ１１６は、ＭＯＳＦＥＴ１１６のドレインが平滑用インダクタ１３１の他端と、平滑用キャパシタ１２１の一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１６のソースはＭＯＳＦＥＴ１１７のソースに接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１１７は、ＭＯＳＦＥＴ１１７のドレインが平滑用インダクタ１３２の一端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１７のソースはＭＯＳＦＥＴ１１６のソースに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１１７は、回路遮断スイッチを構成する。

低圧側バッテリ４００は、低圧側バッテリ４００の一端が平滑用インダクタ１３２の他端と電圧センサ１６１の一端と平滑用キャパシタ１２２の一端と負荷５００の一端に接続され、低圧側バッテリ４００の他端が平滑用キャパシタ１２２の他端と電圧センサ１６１の他端と電流センサ１５１と負荷５００の他端に接続される。低圧側バッテリ４００は鉛蓄電池などで構成される。

負荷５００は、負荷５００の一端が平滑用インダクタ１３２の他端と電圧センサ１６１の一端と平滑用キャパシタ１２２の一端と低圧側バッテリ４００の高電位側に接続され、負荷５００の他端が平滑用キャパシタ１２２の他端と電圧センサ１６１の他端と電流センサ１５１と低圧側バッテリ４００の低電位側に接続される。
温度センサ１７０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００に設置され、温度センサ１７０の温度Ｔ１０はＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００へ入力される。

ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００は、入力電圧Ｖ１０と、出力電圧Ｖ１１と、高圧側電流Ｉ１０と、低圧側電流Ｉ１１と、温度Ｔ１０に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１１０のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのゲート電圧Ｖ２０を生成し、生成したゲート電圧Ｖ２０をＭＯＳＦＥＴ１１０のゲートに入力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００は、以下同様に、ゲート電圧Ｖ２１をＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２２をＭＯＳＦＥＴ１１２のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２３をＭＯＳＦＥＴ１１３のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２４をＭＯＳＦＥＴ１１４のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２５をＭＯＳＦＥＴ１１５のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２６をＭＯＳＦＥＴ１１６のゲートに入力し、ゲート電圧Ｖ２７をＭＯＳＦＥＴ１１７のゲートに入力する。

図２は、本発明の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００の構成図である。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置２００は、第１制御装置２１０と第２制御装置２２０を備える。

第１制御装置２１０は、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２１１と、外部制御装置及び第２制御装置２２０と通信する通信器２１２と、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３と、電流制限値算出部２１４と、第２制御装置２２０と通信する通信器２１５と、スイッチング信号生成部２１６と、ゲートドライブ回路２１７を備える。

第２制御装置２２０は、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２２１と、第１制御装置２１０と通信する通信器２２２と、電圧制御と電流制御を切り替える制御方式切替部２２３と、Ｄｕｔｙ算出部２２４と、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５と、スイッチング信号生成部２２６と、ゲートドライブ回路２２７を備える。

Ａ／Ｄ変換器２１１は、電圧センサ１６０で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の入力電圧Ｖ１０のアナログ値をデジタル値ＶＤ１０に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２１１は、電圧センサ１６１で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖ１１のアナログ値をデジタル値ＶＤ１１に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２１１は、電流センサ１５０で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の高圧側電流Ｉ１０のアナログ値をデジタル値ＩＤ１０に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２１１は、電流センサ１５１で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側電流Ｉ１１のアナログ値をデジタル値ＩＤ１１に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２１１は、温度センサ１７０で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の温度Ｔ１０のアナログ値をデジタル値ＴＤ１０に変換する。

回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３は、高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０と低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１に基づいて、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1を生成する。

電流制限値算出部２１４は、入力電圧Ｖ１０のデジタル値ＶＤ１０と出力電圧Ｖ１１のデジタル値ＶＤ１１と温度Ｔ１０のデジタル値ＴＤ１０に基づいて、電流制限値Ilimを算出する。具体的には、電流制限値算出部２１４は、その内部に図示省略した入力電圧制限値算出部を備える。この入力電圧制限値算出部は、入力電圧Ｖ１０のデジタル値ＶＤ１０に基づいて、入力電圧電流制限値Ilim_VD10を算出する。算出方法はマップ計算などを用いる。さらに、入力電圧制限値算出部は、出力電圧Ｖ１1のデジタル値ＶＤ１1に基づいて、出力電圧電流制限値Ilim_VD11を算出する。算出方法はマップ計算などを用いる。さらに、入力電圧制限値算出部は、温度Ｔ１０のデジタル値ＴＤ１０に基づいて、温度電流制限値Ilim_TD10を算出する。算出方法はマップ計算などを用いる。そして、入力電圧電流制限値Ilim_VD10、出力電圧電流制限値Ilim_VD11、温度電流制限値Ilim_TD10に基づいて、最小値を電流制限値Ilimとして算出する。

通信器２１２は、外部制御装置から受信した出力電圧指令Vrefと電流制限値算出部２１４により算出された電流制限値Ilimを第２制御装置２２０に送信する。
スイッチング信号生成部２１６は、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３で生成した回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１６、１１７のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２６、Ｓ２７を生成する。

ゲートドライブ回路２１７は、スイッチング信号生成部２１６で生成したＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１６、１１７のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２６、Ｓ２７に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１６、１１７をＯＮ／ＯＦＦさせるためのゲート電圧Ｖ２６、Ｖ２７を生成する。

Ａ／Ｄ変換器２２１は、電圧センサ１６０で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の入力電圧Ｖ１０のアナログ値をデジタル値ＶＤ１０に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２２１は、電圧センサ１６１で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の出力電圧Ｖ１１のアナログ値をデジタル値ＶＤ１１に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２２１は、電流センサ１５０で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の高圧側電流Ｉ１０のアナログ値をデジタル値ＩＤ１０に変換する。また、Ａ／Ｄ変換器２２１は、電流センサ１５１で検出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側電流Ｉ１１のアナログ値をデジタル値ＩＤ１１に変換する。

通信器２２２は、通信器２１２から出力電圧指令Vrefと電流制限値Ilimを受信する。
制御方式切替部２２３は、電流制限値Ilimと低圧側電流のデジタル値ＩＤ１１に基づいて、電圧制御と電流制御を切り替えるための制御方式切替フラグfSwitch3を生成する。ただし、Ilim<ＩＤ１１の条件が成立する場合は電流制御としてfSwitch3=1を設定し、条件が成立しない場合はfSwitch3=0を設定する。

Ｄｕｔｙ算出部２２４は、出力電圧指令Ｖｒｅｆ、電流制限値Ilim、入力電圧Ｖ１０のデジタル値ＶＤ１０、出力電圧Ｖ１１のデジタル値ＶＤ１１、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１、及び制御方式切替フラグfSwitch3に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２、１１３のＤｕｔｙを算出する。

同期整流スイッチオンオフ判定部２２５は、高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０と低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１と制御方式切替フラグfSwitch3とに基づいて、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2を生成する。

スイッチング信号生成部２２６は、Ｄｕｔｙ算出部２２４で算出したＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２、１１３のＤｕｔｙと同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５を生成する。

ゲートドライブ回路２２７は、スイッチング信号生成部２２６で生成したＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２，１１３，１１４，１１５のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５に基づいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１０、１１１、１１２，１１３，１１４，１１５をＯＮ／ＯＦＦさせるためのゲート電圧Ｖ２０、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４、Ｖ２５を生成する。

図３は回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３の処理動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、１処理周期あたりの処理動作を示すもので、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３は、この処理動作を繰り返し実施する。

ステップＡ１０において、処理動作を開始し、ステップＡ２０に遷移する。ステップＡ２０において、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより低いかを判断し、低い場合はステップＡ５０に遷移する。所定値LvIlimより高い場合はステップＡ３０に遷移する。

ステップＡ３０において、高圧側電流のデジタル値ＩＤ１０が所定値HvIlimより低いかを判断し、低い場合はステップＡ５０に遷移する。所定値HvIlimより高い場合はステップＡ４０に遷移する。

ステップＡ４０において、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に０をセットして出力する。回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に０がセットされた場合、回路遮断スイッチの１つであるＭＯＳＦＥＴ１１７がオンとなるようスイッチング信号生成部２１６に対して要求する。出力完了後、ステップＡ６０へ遷移する。

ステップＡ５０において、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に１をセットして出力する。回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に１がセットされた場合、回路遮断スイッチの１つであるＭＯＳＦＥＴ１１７がオフとなるようスイッチング信号生成部２１６に対して要求する。出力完了後、ステップＡ６０へ遷移する。
ステップＡ６０において、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３で実施される１処理周期の処理を終了する。

図４は同期整流スイッチオンオフ判定部２２５の第１の処理動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、１処理周期あたりの処理動作を示すもので、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５は、この処理動作を繰り返し実施する。

ステップＢ１０において、処理を開始し、ステップＢ２０に遷移する。ステップＢ２０において、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより低いかを判断し、低い場合はステップＢ５０に遷移する。低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高い場合はステップＢ３０に遷移する。

ステップＢ３０において、高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０が所定値HvIlimより低いかを判断し、低い場合はステップＢ５０に遷移する。高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０が所定値HvIlimより高い場合はステップＢ４０に遷移する。

ステップＢ４０において、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に０をセットして出力する。同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に０がセットされた場合、同期整流スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５がＤｕｔｙ算出部２２４で算出したデューティ比に基づいてスイッチング動作が実施されるようスイッチング信号生成部２２６に対して要求する。出力完了後、ステップＢ６０へ遷移する。

ステップＢ５０では、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１をセットして出力する。同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１がセットされた場合、同期整流スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５がオフとなるようスイッチング信号生成部２２６に対して要求する。出力完了後、ステップＢ６０へ遷移する。
ステップＢ６０において、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５で実施される１処理周期の処理を終了する。

図５は同期整流スイッチオンオフ判定部２２５の第２の処理動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、１処理周期あたりの処理動作を示すもので、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５は、この処理動作を繰り返し実施する。
同期整流スイッチオンオフ判定部２２５は、図４に示した第１の処理動作であってもよく、本例で示す第２の処理動作であってもよい。

ステップＣ１０において、処理を開始し、ステップＣ２０に遷移する。ステップＣ２０において、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより低いかを判断し、低い場合はステップＣ５０に遷移する。低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高い場合はステップＣ３０に遷移する。

ステップＣ３０において、制御方式切替部２２３で算出された制御方式切替フラグfSwitch3に基づいて電流制御が実施されているかを判断し、電流制御が実施されている場合はステップＣ５０に遷移する。電圧制御が実施されている場合はステップＣ４０に遷移する。前述したように、制御方式切替部２２３は、電流制限値Ilimと低圧側電流のデジタル値ＩＤ１１に基づいて、電圧制御と電流制御を切り替える制御方式切替フラグfSwitch3を生成し、Ilim<ＩＤ１１の条件が成立する場合は電流制御としてfSwitch3=1を設定している。

ステップＣ４０において、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に０をセットして出力する。同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に０がセットされた場合、同期整流スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５がＤｕｔｙ算出部２２４で算出したデューティ比に基づいてスイッチング動作が実施されるようスイッチング信号生成部２２６に対して要求する。出力完了後、ステップＣ６０へ遷移する。

ステップＣ５０では、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１をセットして出力する。同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１がセットされた場合、同期整流スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５がオフとなるようスイッチング信号生成部２２６に対して要求する。出力完了後、ステップＣ６０へ遷移する。
ステップＣ６０において、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５で実施される１処理周期の処理を終了する。

図６は、低圧側電流Ｉ１１が低い場合に低圧側の電流センサ１５１が故障した例を示すタイミングチャートである。図６（ａ）に示すように、低圧側電流のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより低い時（非同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオフの時）に、低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高くなる場合の例である。

低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高くなる場合であっても、図６（ｂ）に示すように、制御方式切替部２２３は、電流制御としてfSwitch3=０を設定したままである。そして、低圧側電流Ｉ１１と正の相関関係にある高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０は、図６（ｃ）に示すように、所定値HvIlimより低いままである。このため、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３により、図６（ｄ）に示すように、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に１がセットされたままである。そして、スイッチング信号生成部２１６により、図６（ｇ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１７のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２７にオフがセットされ、回路遮断スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１７）がオフとなる。

また、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５により、図６（ｅ）に示すように、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１がセットされたままとなる。そして、スイッチング信号生成部２２６により、図６（ｆ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２４、Ｓ２５にオフがセットされ、回路遮断スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５）がオフとなる。

以上の動作により、低圧側の電流センサ１５１が故障した場合であっても、意図せぬ同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオンは発生せず、昇圧動作（電流逆流）を防止することができる。

なお、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５で使用する所定値LvIlim、所定値HvIlimは、同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオンの時の低圧側回路の電流リプルに起因する電流の逆流による昇圧動作が発生しない値に設定する。また、所定値LvIlim、所定値HvIlimは、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５に対して外部よりその値を適宜設定し、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５は設定された値を用いて、図３～図５で示した処理を実行してもよい。

図７は、低圧側電流Ｉ１１が高い場合に低圧側の電流センサ１５１が故障した例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、図４で示した同期整流スイッチオンオフ判定部２２５の第１の処理動作を適用した場合を示す。図７（ａ）に示すように、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高く、かつ電流制限値Ilimよりも低い時（電圧制御かつ同期スイッチング動作、回路遮断スイッチオンの時）に、低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が電流制限値Ilimより高くなる場合の例を示す。

低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が電流制限値Ilimより高くなると、図７（ｂ）に示すように、制御方式切替部２２３は、電流制御としてfSwitch3=1を設定する。この電流制御により高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０が、図７（ｃ）に示すように、低下する。やがて時刻ｔ２で、高圧側電流Ｉ１０のデジタル値ＩＤ１０は所定値HvIlimより低くなると、図７（ｄ）に示すように、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３により、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に１がセットされる。そして、スイッチング信号生成部２１６により、図７（ｇ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１７のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２７にオフがセットされ、回路遮断スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１７）がオフとなる。

また、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５により、図７（ｅ）に示すように、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１がセットされる。そして、スイッチング信号生成部２２６により、図７（ｆ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２４、Ｓ２５にオフがセットされ、同期整流スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５）がオフとなる。

以上の動作により、低圧側の電流センサ１５１が故障した場合であっても、非同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオフとなるため、昇圧動作（電流逆流）を防止することができる。

なお、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５で使用する所定値LvIlim、所定値HvIlimは、電流制御の応答性および、回路遮断スイッチあるいは同期整流スイッチのスイッチング周期から、意図せぬ電流制御による昇圧動作（電流逆流）を未然に防止できるような値に設定する必要がある。

図８は、低圧側電流Ｉ１１が高い場合に低圧側の電流センサ１５１が故障した他の例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、図５で示した同期整流スイッチオンオフ判定部２２５の第２の処理動作を適用した場合を示す。図８（ａ）に示すように、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が所定値LvIlimより高く、かつ電流制限値Ilimよりも低い時（電圧制御かつ同期スイッチング動作、回路遮断スイッチオンの時）に、低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流のデジタル値ＩＤ１１が電流制限値Ilimより高くなる場合の例を示す。

低圧側の電流センサ１５１が時刻ｔ１で故障し、低圧側電流Ｉ１１のデジタル値ＩＤ１１が電流制限値Ilimより高くなると、図８（ｂ）に示すように、制御方式切替部２２３は、電流制御としてfSwitch3=1を設定する。この時、同期整流スイッチオンオフ判定部２２５により、図８（ｅ）に示すように、同期整流スイッチオンオフ切替フラグfSwitch2に１がセットされる。そして、スイッチング信号生成部２２６により、図８（ｆ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２４、Ｓ２５にオフがセットされ、同期整流スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５）がオフとなる。

また、図８（ｃ）に示すように、電流制御により高圧側電流のデジタル値ＩＤ１０が低下し、時刻ｔ２で高圧側電流のデジタル値ＩＤ１０は所定値HvIlimより低くなる。この時、図８（ｄ）に示すように、回路遮断スイッチオンオフ判定部２１３により、回路遮断スイッチオンオフ切替フラグfSwitch1に１がセットされる。そして、スイッチング信号生成部２１６により、図８（ｇ）に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００のＭＯＳＦＥＴ１１７のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ２７にオフがセットされ、回路遮断スイッチ（ＤＣ－ＤＣコンバータ１００の低圧側回路におけるＭＯＳＦＥＴ１１７）がオフとなる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ＤＣ－ＤＣコンバータ１００は、入力された直流電圧を降圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータ１００であって、変圧器１４０の一次側に接続された高圧側回路と、変圧器１４０の二次側に接続され、同期整流回路ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５および回路遮断スイッチＭＯＳＦＥＴ１１７を備える低圧側回路と、高圧側回路および低圧側回路の電流を検出する電流センサ１５０、１５１と、同期整流回路ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５および回路遮断スイッチＭＯＳＦＥＴ１１７のスイッチングを制御する制御部２００と、を備え、制御部２００は、電流センサ１５０、１５１で検出された高圧側回路および低圧側回路の電流の少なくとも一方が所定の値よりも低い場合に、同期整流回路ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５または回路遮断スイッチＭＯＳＦＥＴ１１７をオフにする。なお、電流の所定の値は、低圧側回路の電流リプルに起因する電流の逆流による昇圧動作が発生しない値が望ましい。これにより、電流センサが故障した場合であっても、低圧側から高圧側へ電流が逆流する昇圧動作を未然に防止することができる。
より具体的に述べると、低圧側電流と高圧側電流は正の相関関係にある。そのため、低圧側電流が小さく、非同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオフとなるような条件の時に、低圧側の電流センサが故障し、低圧側電流のセンサ値が所定値より高くなっても、高圧側電流のセンサ値は所定値より低いままである。その結果、意図せぬ同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオンは発生せず、電流逆流による昇圧動作は防止される。

（２）制御部２００は、電流センサ１５０、１５１で検出された高圧側回路および低圧側回路の電流の少なくとも一方が所定の値よりも低い場合に、同期整流回路ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５および回路遮断スイッチＭＯＳＦＥＴ１１７の両方をオフにする。これにより、高圧側の電流センサあるいは低圧側の電流センサのどちらか一方が故障しても電流逆流による昇圧動作を防止できる。

（３）制御部は２００、ＤＣ－ＤＣコンバータ１００が出力電流に基づく電流制御を実行中には、低圧側回路の電流が予め定められた電流制限値Ilimを超えた場合に、同期整流回路ＭＯＳＦＥＴ１１４、１１５のスイッチをオフにする。電流制限値Ilimは、非同期スイッチング動作かつ回路遮断スイッチオフとなる所定値より高い値である。これにより、低圧側の電流センサが故障してセンサ値が電流制限値Ilimより高くなり、意図せぬ電流制御が実施されても、電流逆流による昇圧動作を防止できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

１００ＤＣ－ＤＣコンバータ
１１０、１１１、１１２、１１３ＭＯＳＦＥＴ
１１４、１１５、１１６、１１７ＭＯＳＦＥＴ
１２０フィルタキャパシタ
１２１、１２２平滑用キャパシタ
１３０共振用インダクタ
１４０変圧器
１４１高圧側巻線
１４２、１４３低圧側巻線
１５０、１５１電流センサ
１６０、１６１電圧センサ
１７０温度センサ
２００ＤＣ－ＤＣコンバータ制御装置
３００高圧側バッテリ
４００低圧側バッテリ
５００負荷

Claims

入力された直流電圧を降圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータであって、
変圧器の一次側に接続された高圧側回路と、
前記変圧器の二次側に接続され、同期整流回路および回路遮断スイッチを備える低圧側回路と、
前記高圧側回路および前記低圧側回路の電流を検出する電流センサと、
前記同期整流回路および前記回路遮断スイッチのスイッチングを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電流センサで検出された前記高圧側回路および前記低圧側回路の電流の少なくとも一方が所定の値よりも低い場合に、前記同期整流回路および前記回路遮断スイッチの両方をオフにするＤＣ－ＤＣコンバータ。
請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータにおいて、
前記所定の値は、前記低圧側回路の電流リプルに起因する電流の逆流による昇圧動作が発生しない値であるＤＣ－ＤＣコンバータ。
請求項１または請求項２に記載のＤＣ－ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、前記ＤＣ－ＤＣコンバータが出力電流に基づく電流制御を実行中には、前記低圧側回路の電流が予め定められた電流制限値を超えた場合に、前記同期整流回路のスイッチをオフにするＤＣ－ＤＣコンバータ。