JP7519930B2 - 多相変圧制御装置及び多相変圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、多相変圧制御装置及び多相変圧装置に関する。

下記特許文献１には、電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、故障判定部を含む制御部を備えるものであり、上記故障判定部は、磁気結合リアクトルにおける一方のリアクトル側に流れる電流及び他方のリアクトル側に流れる電流を一対の入力電流検出回路で各々モニタし、各電流モニタ値のどちらかが制御目標値と大きく乖離している場合に、電流値が大きくなった方の相が故障していると判定する。また、この電力変換装置では、故障していると判定された相の半導体スイッチング素子の動作を停止させる。

特開２０１９－０２４２８３号公報

ところで、上記電力変換装置は、磁気結合型リアクトルに流れる電流に基づいて半導体スイッチング素子の開故障つまり半導体スイッチング素子が開状態に固定される故障を検知するものである。すなわち、従来の電力変換装置は、磁気結合型リアクトルを構成する各リアクトルの電流を検出するために一対の入力電流検出回路を必要とする。

また、上記電力変換装置は、半導体スイッチング素子の動作温度と磁気結合リアクトルの電流との相関を利用することにより半導体スイッチング素子の開故障を検知するものである。すなわち、従来の電力変換装置は、磁気結合リアクトルの電流に基づいて半導体スイッチング素子の動作温度を推定するので、半導体スイッチング素子の開故障の検知精度が必ずしも十分とは言えない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、半導体スイッチング素子の開故障の検知精度を従来よりも向上させることが可能な多相変圧制御装置及び多相変圧装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、多相変圧制御装置に係る第１の解決手段として、複数相に対応するリアクトルと半導体スイッチング素子とを用いて入力電力を変圧して出力電力を生成する多相変圧回路を制御対象とする多相変圧制御装置であって、リアクトル温度を各々検出するリアクトル温度センサと、前記リアクトル温度から得られるリアクトル温度差に基づいて前記半導体スイッチング素子の開故障を判定するスイッチ故障判定部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、多相変圧制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記半導体スイッチング素子の動作温度をスイッチ温度として検出するスイッチ温度センサをさらに備え、前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差及びスイッチ温度差に基づいて前記半導体スイッチング素子の開故障を判定する、という手段を採用する。

本発明では、多相変圧制御装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記多相変圧回路がＨｉ側半導体スイッチング素子及びＬｏ側半導体スイッチング素子を前記半導体スイッチング素子とするスイッチングレグを前記複数相に対応して備える場合、前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差、前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子のスイッチ温度差及び前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子のスイッチ温度差のいずれかが所定の温度差しきい値を超える場合に前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子あるいは前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子の開故障と判定する、という手段を採用する。

本発明では、多相変圧制御装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差、前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子の温度差及び前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子の温度差の全てが前記温度差しきい値を超えない場合、かつ、前記多相変圧回路のリアクトル電流が第２電流しきい値以上の場合に、前記半導体スイッチング素子が正常であると判定する、という手段を採用する。

本発明では、多相変圧制御装置に係る第５の解決手段として、上記第２～第４のいずれかの解決手段において、前記スイッチ温度センサは、前記半導体スイッチング素子に組み込まれた感温ダイオードであり、前記半導体スイッチング素子の中央部に設けられている、という手段を採用する。

本発明では、多相変圧制御装置に係る第６の解決手段として、上記第１～第５のいずれかの解決手段において、前記スイッチ故障判定部は、前記多相変圧回路のリアクトル電流が第１電流しきい値以上の場合に、前記半導体スイッチング素子の開故障を判定する、という手段を採用する。

また、本発明では、多相変圧装置に係る解決手段として、上記第１～第６のいずれかの解決手段に係る多相変圧器用制御装置と、前記多相変圧回路とを備える、という手段を採用する。

本発明によれば、半導体スイッチング素子の過熱状態の検知精度を従来よりも向上させることが可能な多相変圧制御装置及び多相変圧装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る多相変圧制御装置及び多相変圧装置の構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る多相変圧制御装置及び多相変圧装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る多相変圧制御装置及び多相変圧装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態において、開故障の発生前と発生後における各温度の変化を示す第１の特性図である。 本発明の一実施形態において、開故障の発生前と発生後における各温度の変化を示す第２の特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る多相変圧装置Ａは、図１に示すように多相変圧回路Ｂと変圧制御回路Ｃとを備えている。

また、上記多相変圧回路Ｂは、図示するように第１コンデンサ１、トランス２、４つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）３ａ～３ｄ、４つの還流ダイオード４ａ～４ｄ、４つの感温ダイオード５ａ～５ｄ及び第２コンデンサ６を備えている。

ここで、上記多相変圧回路Ｂには、第１電圧センサ７、一対のサーミスタ８Ａ、８Ｂ、電流センサ９及び第２電圧センサ１０が付帯的に設けられている。これら第１電圧センサ７、一対のサーミスタ８Ａ、８Ｂ、電流センサ９及び第２電圧センサ１０は、変圧制御回路Ｃとともに本実施形態に係る多相変圧制御装置を構成している。

多相変圧装置Ａは、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に備えられる電力変換装置であり、図示するように電池Ｐと二次側回路Ｆとの間に設けられている。この多相変圧装置Ａは、電池Ｐと二次側回路Ｆとの間において直流電力を変圧する。すなわち、多相変圧装置Ａは、電池Ｐから一次側端子Ｄ１、Ｄ２に供給される直流電力を昇圧して二次側回路Ｆに供給する力行機能と、二次側回路Ｆから二次側端子Ｅ１、Ｅ２に供給される回生電力（直流電力）を降圧して電池Ｐに充電させる。

ここで、電池Ｐは、図示するように、プラス電極が一方の一次側端子Ｄ１に接続され、マイナス電極が他方の一次側端子Ｄ２に接続されている。この電池Ｐは、リチウムイオン電池等の二次電池であり、多相変圧装置Ａに対する直流電力の放電と多相変圧装置Ａを介した直流電力の充電とを行う。

また、上記二次側回路Ｆは、例えばインバータ回路及び／あるいは発電機である。このインバータ回路は、力行動作と回生動作とを択一的に行う電力変換回路であり、電動車両の走行モータを駆動する駆動回路である。すなわち、このインバータ回路は、力行動作として、多相変圧装置Ａから入力される直流電力を交流電力に変換し、駆動電力として走行モータに供給する。また、このインバータ回路は、回生動作として、走行モータの回生電力（交流電力）を直流電力に変換して多相変圧装置Ａに供給する。

多相変圧回路Ｂは、図示するように磁気結合型の二相チョッパ回路である。すなわち、この多相変圧回路Ｂは、複数相として二相に対応するトランス２（リアクトル）と４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）とを用いて入力電力（電池電力あるいは回生電力）を変圧して出力電力（力行電力あるいは充電電力）を生成する電力変換回路である。

この多相変圧回路Ｂは、本実施形態に係る多相変圧制御装置の制御対象であり、当該多相変圧制御装置と共に多相変圧装置Ａを構成している。このような多相変圧回路Ｂは、電池Ｐから供給される電池電力の昇圧処理と二次側回路Ｆから供給される回生電力の降圧処理とを択一的かつ直接的に行い、昇圧した電池電力を力行電力として二次側回路Ｆに出力する一方、降圧した回生電力を充電電力として電池Ｐに出力する。

この多相変圧回路Ｂにおいて、第１コンデンサ１は、一端が一方の一次側端子Ｄ１びトランス２接続され、他端が他方の一次側端子Ｄ２に接続されている。このような第１コンデンサ１の両端は、多相変圧回路Ｂにおける一次側入出力端子である。

この第１コンデンサ１は、電池Ｐに対して並列接続されており、当該電池Ｐから多相変圧回路Ｂに入力される直流電力（電池電力）に含まれ得る高周波ノイズを除去するノイズ除去コンデンサとして機能する。また、この第１コンデンサ１、トランス２から入力される直流電力（充電電力）について、重畳するリップルを平滑化する平滑コンデンサとして機能する。

トランス２は、一次巻線２ａと二次巻線２ｂとを備えており、本発明のリアクトルに相当する。このトランス２は、一次巻線２ａの一端及び二次巻線２ｂの一端が上記一方の一次側端子Ｄ１及び第１コンデンサ１の一端に接続されている。また、一次巻線２ａの他端は、第１ＩＧＢＴ３ａのエミッタ端子及び第２ＩＧＢＴ３ｂのコレクタ端子に接続されている。さらに、二次巻線２ｂの他端は、第３ＩＧＢＴ３ｃのエミッタ端子及び第４ＩＧＢＴ３ｄのコレクタ端子に接続されている。

このようなトランス２は、一次巻線２ａと二次巻線２ｂとが所定の結合係数ｋで電磁気的に結合している。すなわち、一次巻線２ａは、自身の巻き数等に応じた所定の第１自己インダクタンスＬａを有し、二次巻線２ｂは自身の巻き数等に応じた所定の第２自己インダクタンスＬｂを有している。また、一次巻線２ａと二次巻線２ｂとは、上述した第１自己インダクタンスＬａ、第２自己インダクタンスＬｂ及び結合係数ｋに基づく相互インダクタンスＭを有している。

４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄは、本実施形態における半導体スイッチング素子である。また、これら４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのうち、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、多相変圧回路Ｂにおいて第１相に対応するスイッチング回路（第１相スイッチングレグ）を構成している。

第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａは、コレクタ端子が第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのコレクタ端子及び第２コンデンサ６の一端に共通接続されており、エミッタ端子が一次巻線２ａの他端及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのコレクタ端子に共通接続されている。この第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａは、本発明のＨｉ側半導体スイッチング素子に相当する。

また、この第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａは、ゲート端子が変圧制御回路Ｃの第１ゲート出力端子に接続されている。このような第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａは、第１スイッチングレグにおける高圧側アームを構成しており、変圧制御回路Ｃから入力される第１ゲート信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される半導体スイッチング素子である。

第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、コレクタ端子が一次巻線２ａの他端及び第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのエミッタ端子に共通接続され、エミッタ端子が第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのエミッタ端子、第１コンデンサ１の他端及び第２コンデンサ６の他端に共通接続されている。この第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、本発明のＬｏ側半導体スイッチング素子である。

また、この第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、ゲート端子が変圧制御回路Ｃの第２ゲート出力端子に接続されている。このような第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、第１スイッチングレグの低圧側アームを構成しており、変圧制御回路Ｃから入力される第２ゲート信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される半導体スイッチング素子である。

第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、変圧制御回路Ｃにおいて第２相に対応するスイッチング回路（第２相スイッチングレグ）を構成している。これら第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのうち、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃは第２スイッチングレグの高圧側アームを構成し、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは第２相スイッチングレグの低圧側アームを構成している。

この第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃは、コレクタ端子が第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのコレクタ端子及び第２コンデンサ６の一端に共通接続され、エミッタ端子が二次巻線２ｂの他端及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのコレクタ端子に共通接続されている。この第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃは、本発明のＨｉ側半導体スイッチング素子に相当する。

また、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃは、ゲート端子が変圧制御回路Ｃの第３ゲート出力端子に接続されている。このような第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃは、変圧制御回路Ｃから入力される第３ゲート信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される半導体スイッチング素子である。

第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、コレクタ端子が二次巻線２ｂの他端及び第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのエミッタ端子に共通接続され、エミッタ端子が第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのエミッタ端子、第１コンデンサ１の他端及び第２コンデンサ６の他端に共通接続されている。この第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、本発明のＬｏ側半導体スイッチング素子である。

また、この第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、ゲート端子が変圧制御回路Ｃの第４ゲート出力端子に接続されている。このような第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、変圧制御回路Ｃから入力される第４ゲート信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される半導体スイッチング素子である。

４つの還流ダイオード４ａ～４ｄは、各々のＩＧＢＴ３ａ～３ｄに対応して設けられている。これら還流ダイオード４ａ～４ｄのうち、第１の還流ダイオード４ａは、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａに対応して設けられている。第１の還流ダイオード４ａは、カソード端子が第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのコレクタ端子に接続され、アノード端子が第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのエミッタ端子に接続されている。

このような第１の還流ダイオード４ａは、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのエミッタ電圧がコレクタ電圧よりも所定のＯＮ電圧以上に大きくなった場合にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのエミッタ端子からコレクタ端子に向けて還流電流を流す。

第２の還流ダイオード４ｂは、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂに対応して設けられている。第２の還流ダイオード４ｂは、カソード端子が第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのコレクタ端子に接続され、アノード端子が第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのエミッタ端子に接続されている。このような第２の還流ダイオード４ｂは、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのエミッタ電圧がコレクタ電圧よりも所定のＯＮ電圧以上に大きくなった場合にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのエミッタ端子からコレクタ端子に向けて還流電流を流す。

第３の還流ダイオード４ｃは、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃに対応して設けられている。第３の還流ダイオード４ｃは、カソード端子が第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのコレクタ端子に接続され、アノード端子が第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのエミッタ端子に接続されている。このような第３の還流ダイオード４ｃは、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのエミッタ電圧がコレクタ電圧よりも所定のＯＮ電圧以上に大きくなった場合にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのエミッタ端子からコレクタ端子に向けて還流電流を流す。

第４の還流ダイオード４ｄは、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄに対応して設けられている。第４の還流ダイオード４ｄは、カソード端子が第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのコレクタ端子に接続され、アノード端子が第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのエミッタ端子に接続されている。このような第４の還流ダイオード４ｄは、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのエミッタ電圧がコレクタ電圧よりも所定のＯＮ電圧以上に大きくなった場合にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのエミッタ端子からコレクタ端子に向けて還流電流を流す。

４つの感温ダイオード５ａ～５ｄは、上述した４つの還流ダイオード４ａ～４ｄと同様に各々のＩＧＢＴ３ａ～３ｄに対応して設けられている。これら４つの感温ダイオード５ａ～５ｄは、各相（第１相及び第２相）のＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の動作温度をスイッチ温度として検出するスイッチ温度センサである。

ここで、各々のＩＧＢＴ３ａ～３ｄは、機械的には半導体チップである。各感温ダイオード５ａ～５ｄは、このような半導体チップの中央部に一体として実装されており、各々のＩＧＢＴ３ａ～３ｄの中央部における温度をスイッチ温度として検出する。すなわち、各々の感温ダイオード５ａ～５ｄは、各ＩＧＢＴ３ａ～３ｄの温度を的確に検出し得る温度センサである。

これら各感温ダイオード５ａ～５ｄのうち、第１の感温ダイオード５ａは、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａに対応して設けられており、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの動作温度を第１相Ｈｉスイッチ温度として検出する。この第１の感温ダイオード５ａは、カソード端子及びアノード端子が変圧制御回路Ｃに接続されている。また、第１の感温ダイオード５ａは、変圧制御回路Ｃから所定の順方向電流が通電されるｐｎ接合ダイオードである。

このような第１の感温ダイオード５ａは、上記順方向電流に伴って印加される順方向電圧がｐｎ接合部のジャンクション温度に応じて変化することを利用して第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの動作温度を検出する。すなわち、第１の感温ダイオード５ａの順方向電圧は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの動作温度を示す第１相Ｈｉスイッチ温度信号である。

第２の感温ダイオード５ｂは、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂに対応して設けられており、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの動作温度を第１相Ｌｏスイッチ温度として検出する。この第２の感温ダイオード５ｂは、カソード端子及びアノード端子が変圧制御回路Ｃに接続されている。また、第２の感温ダイオード５ｂは、第１の感温ダイオード５ａと同様に変圧制御回路Ｃから所定の順方向電流が通電されるｐｎ接合ダイオードである。

このような第２の感温ダイオード５ｂは、上記順方向電流に伴って印加される順方向電圧がｐｎ接合部のジャンクション温度に応じて変化することを利用して第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの動作温度を検出する。すなわち、第２の感温ダイオード５ｂの順方向電圧は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの動作温度を示す第１相Ｌｏスイッチ温度信号である。

第３の感温ダイオード５ｃは、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃに対応して設けられており、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃの動作温度を第２相Ｈｉスイッチ温度として検出する。この第３の感温ダイオード５ｃは、カソード端子及びアノード端子が変圧制御回路Ｃに接続されている。また、第３の感温ダイオード５ｃは、第１の感温ダイオード５ａと同様に変圧制御回路Ｃから所定の順方向電流が通電されるｐｎ接合ダイオードである。

このような第３の感温ダイオード５ｃは、上記順方向電流に伴って印加される順方向電圧がｐｎ接合部のジャンクション温度に応じて変化することを利用して第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃの動作温度を検出する。すなわち、第３の感温ダイオード５ｃの順方向電圧は、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃの動作温度を示す第２相Ｈｉスイッチ温度信号である。

第４の感温ダイオード５ｄは、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄに対応して設けられており、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄの動作温度を第２相Ｌｏスイッチ温度として検出する。この第４の感温ダイオード５ｄは、カソード端子及びアノード端子が変圧制御回路Ｃに接続されている。また、第４の感温ダイオード５ｄは、第１の感温ダイオード５ａと同様に変圧制御回路Ｃから所定の順方向電流が通電されるｐｎ接合ダイオードである。

このような第４の感温ダイオード５ｄは、上記順方向電流に伴って印加される順方向電圧がｐｎ接合部のジャンクション温度に応じて変化することを利用して第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄの動作温度を検出する。すなわち、第４の感温ダイオード５ｄの順方向電圧は、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄの動作温度を示す第２相Ｌｏスイッチ温度信号である。

第２コンデンサ６は、一端が第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａのコレクタ端子及び第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのコレクタ端子に接続され、他端が第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂのエミッタ端子、第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのエミッタ端子、第１コンデンサ１の他端及び他方の一次側端子Ｄ２に共通接続されている。このような第２コンデンサ６の両端は、多相変圧回路Ｂにおける二次側入出力端子である。

このような第２コンデンサ６は、第１スイッチングレグ及び第２スイッチングレグから入力される直流電力（昇圧電力）に含まれ得るリップルを平滑化する平滑コンデンサである。また、この第２コンデンサ６は、二次側回路Ｆから入力される直流電力（回生電力）に含まれ得るリップルを平滑化する。

第１電圧センサ７は、多相変圧回路Ｂの一次側電圧Ｖ１つまり電池Ｐの端子間電圧を検出する電圧センサである。この第１電圧センサ７は、変圧制御回路Ｃに接続されており、一次側電圧Ｖ１を示す信号（第１電圧信号）を変圧制御回路Ｃに出力する。上記一次側電圧Ｖ１は、変圧制御回路Ｃが多相変圧回路Ｂを制御するために必要な制御量の１つである。

一対のサーミスタ８Ａ、８Ｂは、トランス２（リアクトル）の温度をリアクトル温度として検出するリアクトル温度センサである。これらサーミスタ８Ａ、８Ｂのうち、第１サーミスタ８Ａは、一次巻線２ａ（リアクトル）の中央部に設けられておリ、一次巻線２ａの温度を第１相リアクトル温度として検出する。また、この第１サーミスタ８Ａは、上記第１相リアクトル温度を示す第１相リアクトル温度信号を変圧制御回路Ｃに出力する。

第２サーミスタ８Ｂは、二次巻線２ｂ（リアクトル）の中央部に設けられておリ、二次巻線２ｂの温度を第２相リアクトル温度として検出する。また、この第２サーミスタ８Ｂは、上記第２相リアクトル温度を示す第２相リアクトル温度信号を変圧制御回路Ｃに出力する。

電流センサ９は、トランス２に通電される電流（リアクトル電流Ｉ）を検出する電流センサである。すなわち、この電流センサ９は、一次巻線２ａに通電される第１リアクトル電流Ｉ１と二次巻線２ｂに通電される第２リアクトル電流Ｉ２の合計電流をリアクトル電流Ｉとして検出するものである。

この電流センサ９は、変圧制御回路Ｃに接続されており、リアクトル電流Ｉを示す信号（電流信号）を変圧制御回路Ｃに出力する。上記リアクトル電流Ｉは、一次側電圧Ｖ１と同様に変圧制御回路Ｃが多相変圧回路Ｂを制御するために必要な制御量の１つである。

第２電圧センサ１０は、多相変圧回路Ｂの二次側電圧Ｖ２つまり二次側回路Ｆの端子間電圧を検出する電圧センサである。この第２電圧センサ１０は、変圧制御回路Ｃに接続されており、二次側電圧Ｖ２を示す信号（第２電圧信号）を変圧制御回路Ｃに出力する。上記二次側電圧Ｖ２は、上述した一次側電圧Ｖ１及びリアクトル電流Ｉと同様に変圧制御回路Ｃが多相変圧回路Ｂを制御するために必要な制御量の１つである。

変圧制御回路Ｃは、所定の制御プログラムに基づいて多相変圧回路Ｂを制御するソフトウエア制御装置であり、制御プログラム等を記憶する内部メモリ、制御プログラムを実行する演算回路、また第１電圧センサ７、第１、第２サーミスタ８Ａ、８Ｂ、電流センサ９及び第２電圧センサ１０並びに４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄと４つの感温ダイオード５ａ～５ｄと信号の入出力を行うインタフェース回路を少なくとも備えている。

このような変圧制御回路Ｃは、演算回路が内部メモリから制御プログラムを読出して実行することにより、多相変圧回路Ｂをフィードバック制御する。すなわち、変圧制御回路Ｃは、上記インタフェース回路を介して第１電圧信号、電流信号及び第２電圧信号を取り込む。また、この変圧制御回路Ｃは、第１電圧信号、電流信号及び第２電圧信号に基づいて第１～第４ゲート信号を生成し、当該第１～第４ゲート信号を上記インタフェース回路を介してＩＧＢＴ３ａ～３ｄの各ゲート端子に出力する。

また、この変圧制御回路Ｃは、上述した制御プログラムを実行することにより、第1電圧信号、電流信号及び第２電圧信号、第１相リアクトル温度信号及び第２相リアクトル温度信号並びに第１相Ｈｉスイッチ温度信号、第１相Ｌｏスイッチ温度信号、第２相Ｈｉスイッチ温度信号及び第２相Ｌｏスイッチ温度信号に基づく４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障診断処理を行う。

すなわち、この変圧制御回路Ｃは、本発明のスイッチ故障判定部に相当するものであり、トランス２（リアクトル）に関する第１相リアクトル温度信号及び第２相リアクトル温度信号並びに４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）に関する第１相Ｈｉスイッチ温度信号、第１相Ｌｏスイッチ温度信号、第２相Ｈｉスイッチ温度信号及び第２相Ｌｏスイッチ温度信号（相毎のスイッチ温度）に基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかの故障を判定する。

次に、本実施形態に係る多相変圧制御装置及び多相変圧装置Ａの動作について、図２に示すフローチャート及び図３～５に示すタイミングチャートに沿って詳しく説明する。

最初に、変圧制御回路Ｃにおける多相変圧回路Ｂの通常制御について説明する。
この多相変圧装置Ａにおいて、変圧制御回路Ｃは、第１電圧センサ７から入力される第1電圧信号、電流センサ９から入力される電流信号及び第２電圧センサ１０から入力される第２電圧信号に基づいて多相変圧回路Ｂの通常制御を行う。すなわち、変圧制御回路Ｃは、一次側電圧Ｖ１、リアクトル電流Ｉ及び二次側電圧Ｖ２に基づいて第1～第４ゲート信号を生成して４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの各ゲート端子に出力する。

４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄは、第1～第４ゲート信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、電池Ｐから一次側端子Ｄ１、Ｄ２に供給される直流電力を昇圧して二次側回路Ｆに供給する力行動作、あるいは二次側回路Ｆから二次側端子Ｅ１、Ｅ２に供給される回生電力（直流電力）を降圧して電池Ｐに充電させる回生動作を択一的に行う。

より詳細には、変圧制御回路Ｃは、一次側電圧Ｖ１、リアクトル電流Ｉ及び二次側電圧Ｖ２を制御目標値と比較することにより４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄに関する電圧制御量（第１～第４電圧制御量）をそれぞれ算出し、これら第１～第４電圧制御量に基づて第1～第４ゲート信号のデューティ比（第１～第４デューティ比）を決定する。そして、変圧制御回路Ｃは、これら第１～第４デューティ比の第1～第４ゲート信号を生成して４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄに出力する。

ここで、変圧制御回路Ｃは、第１相スイッチングレグを構成する第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａに供給する第１ゲート信号と第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂに供給する第２ゲート信号とを生成するが、第１ゲート信号と第２ゲート信号とは、互いの位相が反転したＰＷＭ信号である。

また、変圧制御回路Ｃは、第２相スイッチングレグを構成する第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃに供給する第３ゲート信号と第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄに供給する第４ゲート信号とを生成するが、第３ゲート信号と第４ゲート信号とは、互いの位相が反転したＰＷＭ信号である。

すなわち、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃと第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄとでは、スイッチング動作（ＯＮ／ＯＦＦ動作）の位相が１８０°異なる。この結果として、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃのスイッチング動作に起因して第１リアクトル電流Ｉ１に発生するリップル電流と第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのスイッチング動作に起因して第２リアクトル電流に発生するリップル電流とは例えば１８０°異なる位相関係となる。

そして、第１相リアクトル電流と第２相リアクトル電流との合成電流であるリアクトル電流Ｉにおけるリップル電流は、第１相リアクトル電流及び第２相リアクトル電流よりも振幅が小さなものとなる。すなわち、本実施形態によれば、磁気結合型の二相チョッパ回路である多相変圧回路Ｂを備えるので、リップルが小さい出力電流を実現することができる。

このような多相変圧回路Ｂの通常制御に対して、変圧制御回路Ｃは、第１電圧センサ７から入力される第1電圧信号、電流センサ９から入力される電流信号及び第２電圧センサ１０から入力される第２電圧信号に加え、第１、第２サーミスタ８Ａ、８Ｂから各々入力される第１、第２相リアクトル温度信号及び第１～第４の感温ダイオード５ａ～５ｄから各々入力される第１相Ｈｉスイッチ温度信号、第１相Ｌｏスイッチ温度信号、第２相Ｈｉスイッチ温度信号及び第２相Ｌｏスイッチ温度信号に基づいて、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障診断処理を行う。

詳細については後述するが、変圧制御回路Ｃは、第１、第２相リアクトル温度信号に基づいて第１相リアクトル温度と第２相リアクトル温度との差分であるリアクトル温度差ΔＴｒを演算する。また、変圧制御回路Ｃは、第１相Ｈｉスイッチ温度信号、第１相Ｌｏスイッチ温度信号、第２相Ｈｉスイッチ温度信号及び第２相Ｌｏスイッチ温度信号に基づいて、第１相Ｈｉスイッチ温度と第２相Ｈｉスイッチ温度との差分であるＨｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨと第１相Ｌｏスイッチ温度と第２相Ｌｏスイッチ温度との差分であるＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬとを演算する。

そして、変圧制御回路Ｃは、このようなアクトル温度差ΔＴｒ、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬに基づいて、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障診断を行う。なお、本実施形態における故障は、ゲート配線の断線等に起因して４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄいずれかが開状態に固定される開故障である。

変圧制御回路Ｃは、図２に示すように、故障診断処理において最初に４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障判定が未確定であるか否かを判断する（ステップＳ１）。すなわち、変圧制御回路Ｃは、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄに対応して設けられた４つの故障確定フラグに故障確定を示す値が書き込まれているか否かを確認する。

変圧制御回路Ｃは、上記４つの故障確定フラグについて、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障が確定していないときに値「０」を書き込み、また４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの故障が確定すると値「１」を書き込む。なお、各故障確定フラグの初期値は「０」である。

変圧制御回路Ｃは、４つの故障確定フラグの全てに値「０」が設定されている場合、ステップＳ１の判断を「Ｙｅｓ」とし、４つの故障確定フラグの少なくとも１つに値「１」が設定されている場合にはステップＳ１の判断を「Ｎｏ」とする。すなわち、変圧制御回路Ｃは、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て正常な場合、ステップＳ１の判断を「Ｙｅｓ」とする。

なお、上記ステップＳ１の判断が「Ｎｏ」の場合、変圧制御回路Ｃは、故障診断処理を終了する。すなわち、４つの故障確定フラグのうち、少なくとも１つに値「１」が設定されている場合には、既に故障が確定したＩＧＢＴが存在することになるので、変圧制御回路Ｃは、健全なＩＧＢＴについて故障診断処理を追加して行うことはない。

そして、ステップＳ１の判断が「Ｙｅｓ」の場合、変圧制御回路Ｃは、リアクトル電流Ｉの絶対値｜Ｉ｜が所定の第１電流しきい値Ｒ１以上か否かを判断する（ステップＳ２）。そして、変圧制御回路Ｃは、このステップＳ２の判断が「Ｙｅｓ」の場合、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜が第１温度差しきい値Ｒｔ１よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。

ここで、上記第１電流しきい値Ｒ１は、リアクトル温度差ΔＴｒが顕著になるためのリアクトル電流Ｉの大きさを事前検討した結果として、変圧制御回路Ｃに予め記憶されたものである。すなわち、リアクトル電流Ｉが第１電流しきい値Ｒ１よりも小さい場合、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの動作状態が変化してもリアクトル温度差ΔＴｒに変化が現われ難い。

これに対して、リアクトル電流Ｉが第１電流しきい値Ｒ１以上の場合には、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの動作状態の変化がリアクトル温度差ΔＴｒの変化として現われ易い。本実施形態では、このような事情を考慮して、ステップＳ１の判断処理の後にステップＳ２の判断処理を行う。

続いて、変圧制御回路Ｃは、上記ステップＳ３の判断が「Ｙｅｓ」の場合、つまりリアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜が第１温度差しきい値Ｒｔ１よりも小さい場合、第１スイッチ温度と第３スイッチ温度との差分つまりＨｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜が第２温度差しきい値Ｒｔ２よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ４）。

そして、変圧制御回路Ｃは、上記ステップＳ４の判断が「Ｙｅｓ」の場合、つまりＨｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜が第２温度差しきい値Ｒｔ２よりも小さい場合、第２スイッチ温度と第４スイッチ温度との差分つまりＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの絶対値｜ΔＴ_ＳＬ｜が第３温度差しきい値Ｒｔ３よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５）。

リアクトル電流値の範囲が第１電流しきい値Ｒ１から第２電流しきい値Ｒ２の範囲内で、リアクトル電流値が低い時の方が、リアクトル温度差ΔＴｒの変化として現われ易く、リアクトル電流値が高い時の方が、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨとＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの変化として現われ易い。このため、リアクトル温度差ΔＴｒ及びスイッチ温度差（Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬ）の両方を用いて、変化が現われ易い領域で故障判定することで、検知精度を向上させることができる。

ここで、第１相スイッチングレグを構成する第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂあるいは第２相スイッチングレグを構成する第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄが全て健全な場合、トランス２における一次巻線２ａと二次巻線２ｂとには略同様なリアクトル電流が通電されるので、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜は、第１温度差しきい値Ｒｔ１よりも小さい。

また、同様に４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て健全な場合、第１相スイッチングレグと第２相スイッチングレグとには略同様な第１、第２リアクトル電流Ｉ１、Ｉ２が通電されるので、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜は第２温度差しきい値Ｒｔ２よりも小さく、またＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの絶対値｜ΔＴ_ＳＬ｜は第３温度差しきい値Ｒｔ３よりも小さい。

これに対して、第１相スイッチングレグを構成する第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂあるいは第２相スイッチングレグを構成する第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄのいずれかが開故障した場合、例えば第１相スイッチングレグにおける第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開故障した場合、トランス２の一次巻線２ａには第１リアクトル電流Ｉ１が通電されなくなる。

また、この場合、トランス２の二次巻線２ｂには、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが健全な時の電流値の約２倍に相当する第２リアクトル電流Ｉ２が通電される。すなわち、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開故障した場合、トランス２の二次巻線２ｂには、第１リアクトル電流Ｉ１の不足を補うように通常の約２倍に相当する第２リアクトル電流Ｉ２が通電される。

すなわち、第１～第のＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかが開故障した場合、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜は、第１温度差しきい値Ｒｔ１以上となる。また、第１～第４のＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかが開故障した場合、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜は第２温度差しきい値Ｒｔ２以上となり、Ｌｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの絶対値｜ΔＴ_ＳＬ｜は第３温度差しきい値Ｒｔ３以上となる。

変圧制御回路Ｃは、上記ステップＳ５の判断が「Ｙｅｓ」の場合つまり４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て健全な場合、リアクトル電流Ｉの絶対値｜Ｉ｜が所定の第２電流しきい値Ｒ２以上か否かを判断する（ステップＳ６）。この第２電流しきい値Ｒ２は、第１～第４の感温ダイオード５ａ～５ｄの感温性能が通電電流が大きい方が高いことを考慮して設定されたものである。

すなわち、第１～第４の感温ダイオード５ａ～５ｄは、リアクトル電流Ｉの絶対値｜Ｉ｜が所定の第２電流しきい値Ｒ２以上の場合に感温性能が比較的高い。しかしながら、第１～第４の感温ダイオード５ａ～５ｄは、リアクトル電流Ｉの絶対値｜Ｉ｜が所定の第２電流しきい値Ｒ２より小さい場合には、感温性能が低下する傾向がある。

このような事情を考慮して、変圧制御回路Ｃは、ステップＳ６の判断が「Ｙｅｓ」の場合、つまり第１～第４の感温ダイオード５ａ～５ｄの感温性能が比較的高い状態の場合にＮＧ確定カウンタをリセットし（ステップＳ７）、さらにＯＫ確定カウンタのカウントアップを開始させる（ステップＳ８）。なお、ＯＫ確定カウンタ及びＮＧ確定カウンタは、変圧制御回路Ｃが制御プログラムに基づいて内部に設定する計時機能であり、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの開故障を評価するためのツールである。

そして、変圧制御回路Ｃは、ＯＫ確定カウンタが所定の既定値をカウントすると、つまりＯＫ確定カウンタがカウント満了となると（ステップＳ９）、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て正常（健全）であると判定して「正常確定」とする（ステップＳ１０）。すなわち、変圧制御回路Ｃは、第１相スイッチングレグ及び第２相スイッチングレグがいずれも正常（健全）であるという判断を確定させる。

一方、上述したステップＳ２の判断が「Ｎｏ」の場合、つまりリアクトル電流Ｉの絶対値｜Ｉ｜が第１電流しきい値Ｒ１よりも小さい場合、変圧制御回路Ｃは、ＯＫ確定カウンタをリセットする（ステップＳ１１）。そして、変圧制御回路Ｃは、このＯＫ確定カウンタのリセット後にＮＧ確定カウンタをリセットする（ステップＳ１２）。

すなわち、この場合、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかが開故障してもリアクトル温度差ΔＴｒに変化が現われ難い。したがって、変圧制御回路Ｃは、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの開故障を評価するためのＯＫ確定カウンタ及びＮＧ確定カウンタをリセットして初期状態に設定する。

また、上述したステップＳ３～Ｓ５の各判断結果が「Ｎｏ」の場合、変圧制御回路Ｃは、ＯＫ確定カウンタをリセットする（ステップＳ１３）。そして、変圧制御回路Ｃは、このＯＫ確定カウンタのリセット後にＮＧ確定カウンタのカウントアップを開始させる（ステップＳ１４）。

すなわち、この場合には、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかの開故障に起因して、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜あるいは／及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの絶対値｜ΔＴ_ＳＬ｜が有意な大きさになっている。

したがって、変圧制御回路Ｃは、ＯＫ確定カウンタをリセットした後にＮＧ確定カウンタのカウントアップを開始させることによって、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの開故障を判定（確定）させるための準備状態となる。そして、変圧制御回路Ｃは、ＮＧ確定カウンタがカウント満了すると（ステップＳ１５）、「故障確定」つまり４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかに開故障が発生したことを確定させる（ステップＳ１６）。

ここで、図３のタイミングチャートは、一例として第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開故障した場合（第１相故障の場合）における各種状態変化を示している。４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て正常な場合、第１相スイッチングレグを構成する第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂは、互いに逆位相でＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。

また、第２相スイッチングレグを構成する第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄは、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａ及び第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂと同様に、互いに逆位相でＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。そして、このような４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのＯＮ／ＯＦＦ動作に基づいて、一次巻線２ａに第１リアクトル電流Ｉ１が通電し、また二次巻線２ｂに第２リアクトル電流Ｉ２が通電する。

しかしながら、例えば第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａに開故障が発生すると、図３に示すように正常な第２～第４のＩＧＢＴ３ｂ～３ｄはＯＮ／ＯＦＦ動作を継続するが、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａはＯＮ／ＯＦＦ動作を停止する。この結果、第１リアクトル電流Ｉ１が一次巻線２ａに通電されなくなり、かつ二次巻線２ｂに通電される第２リアクトル電流Ｉ２が第１リアクトル電流Ｉ１を補うように約２倍に増大する。

すなわち、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開故障した場合、リアクトル電流Ｉは、図３に示すように大きく変動することはない。しかしながら、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜は、図３に示すように第１リアクトル電流Ｉ１と第２リアクトル電流Ｉ２との電流差に起因して第１温度差しきい値Ｒｔ１よりも増大する。

図３には示していないが、同様に第１相リアクトル電流Ｉ１が一次巻線２ａに通電されなくなり、かつ二次巻線２ｂの第２リアクトル電流Ｉ２が約２倍に増大することによって、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨの絶対値｜ΔＴ_ＳＨ｜は第２温度差しきい値Ｒｔ２よりも増大し、またＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬの絶対値｜ΔＴ_ＳＬ｜は第３温度差しきい値Ｒｔ３よりも増大する。

ここで、図４は、一例として多相変圧回路Ｂが回生動作をしている場合について、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障発生前と開故障発生後における各温度の変化を示している。図４（ａ）は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障発生前の温度変化を示し、図４（ｂ）は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障発生後の温度変化を示している。

４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て正常な場合、多相変圧回路Ｂの回生動作では、第１相スイッチングレグから一次巻線２ａを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流が第１相リアクトル電流Ｉ１として流れる。また、この回生動作では、第２相スイッチングレグから二次巻線２ｂを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流が第２相リアクトル電流Ｉ２として流れる。

すなわち、この回生動作では、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａから一次巻線２ａを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流（第１相リアクトル電流Ｉ１）が流れると共に第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄから二次巻線２ｂを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流（第２相リアクトル電流Ｉ２）が流れる状態（第１状態）と、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂから一次巻線２ａを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流（第１相リアクトル電流Ｉ１）が流れると共に第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃから二次巻線２ｂを経由して電池Ｐのプラス端子に回生電流（第２相リアクトル電流Ｉ２）が流れる状態（第２状態）とが交互に繰り返される。

図４（ａ）に示すように、多相変圧回路Ｂの回生動作時かつ第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障前において、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度は、動作開始時刻ｔａ後における第１リアクトル電流Ｉ１と第２リアクトル電流Ｉ２とが略同等なので、第１相リアクトル電流Ｉ１及び第２相リアクトル電流Ｉ２に起因して同様に上昇する。

また、第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度は、これら第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度と同様に、動作開始時刻ｔａ後において同様な温度変化を示す。さらに、第１相Ｌｏスイッチ温度及び第２相Ｌｏスイッチ温度は、全体として第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度よりも低いものの、第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度と同様に、動作開始時刻ｔａ後において同様に上昇する。

そして、このような第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障前に対して、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障後については、図４（ｂ）に示すように、第１相リアクトル温度は、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。これに対して、第２相リアクトル温度は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａの開故障前よりも高い温度に上昇する。

また、第１相Ｈｉスイッチ温度は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開状態のままなので、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。一方、第２相Ｈｉスイッチ温度は、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄがＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、かつ回生電流が通電されるのですので、動作開始前と同様に温度上昇する。

さらに、第１相Ｌｏスイッチ温度は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂに直列接続する第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａが開状態のままなので、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。一方、第２相Ｌｏスイッチ温度は、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄがＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、かつ回生電流が通電されるので、動作開始前と同様に温度上昇する。

図５は、多相変圧回路Ｂが力行動作をしている場合について、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障前と開故障後における各温度の変化を示している。図５（ａ）は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障発生前の温度変化を示し、図５（ｂ）は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障発生後の温度変化を示している。

４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄが全て正常な場合、多相変圧回路Ｂの力行動作では、第１相リアクトル電流Ｉ１としての力行電流が、一次巻線２ａから第１相スイッチングレグを経由して二次側回路Ｆに流れる。また、この力行動作では、第２相リアクトル電流Ｉ２としての力行電流が、二次巻線２ｂから第２相スイッチングレグを経由して二次側回路Ｆに流れる。

すなわち、この力行動作では、一次巻線２ａから第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａを経由して二次側回路Ｆに力行電流が第１相リアクトル電流Ｉ１として流れると共に二次巻線２ｂから第４のＩＧＢＴ３ｄを経由して電池Ｐのマイナス端子に第２相リアクトル電流Ｉ２が流れる状態（第３状態）と、一次巻線２ａから第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂを経由して電池Ｐのマイナス端子に第１相リアクトル電流Ｉ１が流れると共に二次巻線２ｂから第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃを経由して二次側回路Ｆに力行電流が第２相リアクトル電流Ｉ２として流れる状態（第４状態）とが交互に繰り返される。

図５（ａ）に示すように、多相変圧回路Ｂの力行動作時かつ第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障前において、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度は、動作開始時刻ｔａ後における第１リアクトル電流Ｉ１と第２リアクトル電流Ｉ２とが略同等なので、第１相リアクトル電流Ｉ１及び第２相リアクトル電流Ｉ２に起因して同様に上昇する。

また、第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度は、これら第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度と同様に、動作開始時刻ｔａ後において同様な温度変化を示す。さらに、第１相Ｌｏスイッチ温度及び第２相Ｌｏスイッチ温度は、全体として第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度よりも低いものの、第１相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｈｉスイッチ温度と同様に、動作開始時刻ｔａ後において同様に上昇する。

そして、このような第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障前に対して、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障後については、図５（ｂ）に示すように、第１相リアクトル温度は、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。これに対して、第２相リアクトル温度は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂの開故障前よりも高い温度に上昇する。

また、第１相Ｈｉスイッチ温度は、第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂが開状態のままなので、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。一方、第２相Ｈｉスイッチ温度は、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄがＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、かつ力行電流が通電されるのですので、動作開始前と同様に温度上昇する。

さらに、第１相Ｌｏスイッチ温度は、第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａに直列接続する第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂが開状態のままなので、動作開始時刻ｔａ後において温度上昇することなく動作開始前の温度を維持する。一方、第２相Ｌｏスイッチ温度は、第２相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ｃ及び第２相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｄがＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、かつ約２倍に増加した力行電流が通電されるので、動作開始前よりも高い温度に上昇する。

このような多相変圧回路Ｂの回生動作時あるいは力行動作時において第１相Ｈｉ側ＩＧＢＴ３ａあるいは第１相Ｌｏ側ＩＧＢＴ３ｂが開故障した場合、図３に示すように、リアクトル温度差ΔＴｒの絶対値｜ΔＴｒ｜が第１温度差しきい値Ｒｔ１を超えた時刻ｔ１において、ＯＫ確定カウンタがリセットされ、またＮＧ確定カウンタがカウントアップを開始する。そして、変圧制御回路Ｃは、ＮＧ確定カウンタがカウント満了した時刻ｔ２において、故障確定フラグの値を「０」から「１」に書き換える。

以上のように、変圧制御回路Ｃは、リアクトル温度差ΔＴｒ、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬに基づいて、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄのいずれかにおける開故障の発生を確定する。また、この変圧制御回路Ｃは、リアクトル温度差ΔＴｒ、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬに基づいて、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの正常性（健全性）をも確定する。

したがって、本実施形態によれば、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度並びに第１相Ｈｉスイッチ温度、第１相Ｌｏスイッチ温度、第２相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｌｏスイッチ温度に基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の開故障を検知するので、従来の磁気結合型リアクトルに流れる電流に基づく開故障検知よりも検知精度を向上させることが可能である。

また、本実施形態によれば、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度並びに第１相Ｈｉスイッチ温度、第１相Ｌｏスイッチ温度、第２相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｌｏスイッチ温度に基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の正常性（健全性）を検知するので、４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の正常性（健全性）を精度良く評価することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、複数相に対応するトランス２（リアクトル）と４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）とを用いて入力電力を変圧して出力電力を生成する多相変圧回路として、磁気結合型の二相チョッパ回路として構成された多相変圧回路Ｂを採用したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば三相以上のチョッパ回路にも適用可能である。また、本発明は、磁気結合型ではない多相チョッパ回路にも適用することができる。

（２）上記実施形態では、昇圧動作（力行動作）及び降圧動作（回生動作）を行う多相変圧回路Ｂを制御対象としたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、昇圧動作（力行動作）あるいは降圧動作（回生動作）の一方のみを行う多相チョッパ回路にも適用することができる。

（３）上記実施形態では、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度並びに第１相Ｈｉスイッチ温度、第１相Ｌｏスイッチ温度、第２相Ｈｉスイッチ温度及び第２相Ｌｏスイッチ温度に基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の開故障を検知したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１相リアクトル温度及び第２相リアクトル温度のみに基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の開故障を検知してもよい。

（４）上記実施形態では、リアクトル温度差ΔＴｒに加えて、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬに基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの開故障を検知したが、本発明はこれに限定されない。リアクトル温度差ΔＴｒに加えて、Ｈｉ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＨ及びＬｏ側スイッチ温度差ΔＴ_ＳＬにのいずれか一方に基づいて４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄの開故障を検知してもよい。

（５）上記実施形態では、感温ダイオード５ａ～５ｄをスイッチ温度センサとして採用したが、本発明はこれに限定されない。また、各々の感温ダイオード５ａ～５ｄを４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄ（半導体スイッチング素子）の中央部に設けたが、このような各感温ダイオード５ａ～５ｄの４つのＩＧＢＴ３ａ～３ｄに対する位置は必須の限定事項ではない。例えば、サーミスタ等を温度センサとして採用してもよい。

Ａ 多相変圧装置
Ｂ 多相変圧回路
Ｃ 変圧制御回路
Ｄ１、Ｄ２ 一次側端子
Ｅ１、Ｅ２ 二次側端子
Ｆ 二次側回路
Ｐ 電池
１ 第１コンデンサ
２ トランス（リアクトル）
２ａ 一次巻線
２ｂ 二次巻線
３ａ～３ｄ ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）
４ａ～４ｄ 還流ダイオード
５ａ～５ｄ 感温ダイオード（スイッチ温度センサ）
６ 第２コンデンサ
７ 第１電圧センサ
８Ａ 第１サーミスタ（リアクトル温度センサ）
８Ｂ 第２サーミスタ（リアクトル温度センサ）
９ 電流センサ
１０ 第２電圧センサ

Claims (7)

1. 複数相に対応するリアクトルと半導体スイッチング素子とを用いて入力電力を変圧して出力電力を生成する多相変圧回路を制御対象とする多相変圧制御装置であって、
   リアクトル温度を各々検出するリアクトル温度センサと、
   前記リアクトル温度から得られる前記複数相のリアクトル温度差に基づいて前記半導体スイッチング素子の開故障を判定するスイッチ故障判定部と
   を備えることを特徴とする多相変圧制御装置。
2. 前記半導体スイッチング素子の動作温度をスイッチ温度として検出するスイッチ温度センサをさらに備え、
   前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差及び前記スイッチ温度から得られる前記複数相のスイッチ温度差に基づいて前記半導体スイッチング素子の開故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の多相変圧制御装置。
3. 前記多相変圧回路がＨｉ側半導体スイッチング素子及びＬｏ側半導体スイッチング素子を前記半導体スイッチング素子とするスイッチングレグを前記複数相に対応して備える場合、
   前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差、前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子のスイッチ温度差及び前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子のスイッチ温度差のいずれかが所定の温度差しきい値を超える場合に前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子あるいは前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子の開故障と判定することを特徴とする請求項２に記載の多相変圧制御装置。
4. 前記スイッチ故障判定部は、前記リアクトル温度差、前記Ｈｉ側半導体スイッチング素子の温度差及び前記Ｌｏ側半導体スイッチング素子の温度差の全てが前記温度差しきい値を超えない場合、かつ、前記多相変圧回路のリアクトル電流が第２電流しきい値以上の場合に、前記半導体スイッチング素子が正常であると判定することを特徴とする請求項３に記載の多相変圧制御装置。
5. 前記スイッチ温度センサは、前記半導体スイッチング素子に設けられた感温ダイオードであり、前記半導体スイッチング素子の中央部に設けられていることを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の多相変圧制御装置。
6. 前記スイッチ故障判定部は、前記多相変圧回路のリアクトル電流が第１電流しきい値以上の場合に、前記半導体スイッチング素子の開故障を判定することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の多相変圧制御装置。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の多相変圧制御装置と、
   前記多相変圧回路と
   を備えることを特徴とする多相変圧装置。
   

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