WO2004109899A1

WO2004109899A1 - 電圧変換装置、電気自動車

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Publication number: WO2004109899A1
Application number: PCT/JP2004/007621
Authority: WO
Inventors: Makoto Nakamura
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2004-12-16
Also published as: JP4325284B2; CN1799183A; EP1630937A9; CN100440700C; EP1630937A1; EP1630937B1; US7425782B2; US20060119333A1; EP1630937A4; JP2004364416A

Abstract

　この電圧変換装置は、半導体素子のスイッチングのデューティ比の調整により、直流電源からの入力電圧を所望の出力電圧に変換する順方向変換回路を備えている。また、出力電圧を目標出力電圧に近づけるように、少なくとも目標出力電圧と出力電圧とに基づいて、デューティ比を操作する制御手段を有している。そして、この制御手段が操作する操作値に基づいて異常発生の判定を行う。これにより、例えば、二重系を構成することなく、異常判定を行うことが可能となる。

Description

明細書

電圧変換装置、電気自動車

技術分野

[0001] 本発明は、電圧変換装置、特に、半導体素子を用いたスイッチングによりデューティ比を操作する機能を備えた電圧変換装置に関する。また、その電気自動車への応用に関する。

^景技術

[0002] 電圧変換装置は、直流電源からの入力電圧を、所望の出力電圧に変換する電力変換装置である。半導体素子を用いたスイッチングにより、入力電力の消費時間と出力電力の消費時間の比率を変えることで、電圧の昇圧または降圧が行われる。例えば電気自動車においては、電圧変換装置としての直流チヨッパによって昇圧された出力電圧を、インバータで交流化し、交流モータを駆動するという利用がなされている。

[0003] なお、特開平 2-308935号公報には、昇降圧チヨッパ回路の故障を昇圧電圧の異常から判定する構成が記載されている。また、特開平 5—260610号公報には、電源電圧を昇圧チヨツバのデューティ制御により昇圧し、インバータにおいて交流変換して、モータを動作させる構成が記載されている。また、特開 2001— 275367号公報には、昇圧チヨツバ装置において PI制御を行い電流指令を求める構成において、電流指令にリミッタを設けて過電流を防ぐ構成が記されている。

[0004] 電気系統の基本的構成をなすことが多レ、電圧変換装置は、異常発生時には異常を速やかに検出できることが望ましい。しかし、異常を検知するセンサ等を二重系として構成したのでは、コスト面で不都合がある。また、電気自動車などでは、一部の部品が故障した場合でも、走行を継続させる必要があるため、異常部位を詳細にわたつて特定する必要がある。

[0005] 本発明の目的は、簡易な構成をもつ異常判定機構を創出する点にある。

[0006] また、本発明の別の目的は、異常判定の基準を装置の動作状況に応じて多段階に設定可能とする点にある。発明の開示

[0007] 本発明の電圧変換装置は、半導体素子のオンオフの繰り返しスイッチングにおけるデューティ比の調整により、直流電源からの入力電圧を所望の出力電圧に変換する順方向変換回路を備えた電圧変換装置において、出力電圧を目標出力電圧に近づけるように、少なくとも目標出力電圧と出力電圧とに基づいて、デューティ比を操作する制御手段と、制御手段が操作する操作値に基づレ、て電圧変換装置の異常発生を判定する判定手段と、を備える。

[0008] 電圧変換装置においては、デューティ比の調整、すなわち半導体素子のオンの時間とオフの時間の調整を行って、直流電圧の昇圧または降圧を行っている。そして、出力電圧を制御量としデューティ比を操作量とする制御を行っており、このデューティ比をどれだけ操作するかとレ、う操作値に基づレ、て、直流チヨツバの異常を判定する構成をとつている。異常の判定にあたっては、制御用に算出されるこの操作値を利用しているため、構成が簡易であり、容易に実装可能である利点が得られている。

[0009] なお、電圧変換装置は、電気工ネルギを蓄積するリアタトルを備えることができる。

すなわち、磁場のエネルギを蓄積するコイル、あるいは、電場のエネルギを蓄積するコンデンサを備えることができ、これらはスイッチングによりエネルギの蓄積と放出を行う。これにより、放出時には大きな電気工ネルギを出力することが可能となる。また、出力する電気工ネルギあるいは電圧を整流し安定化させることも可能となる。

[0010] また、電圧変換回路は、順方向変換回路の他に、半導体素子を用いたスィッチングにより直流電源へ電力を回生する逆方向変換回路を備えていてもよい。順方向変換回路および逆方向変換回路自体は公知技術であり、ダイオードとトランジスタなどを用いて構成することができる。順方向変換回路は、電圧を昇圧する昇圧回路であつてもよいし、電圧を降圧する降圧回路であってもよい。前者の場合には、逆方向変換回路は降圧回路、後者の場合には昇圧回路となる。

[0011] 出力電圧の制御の手段としては、アナログ制御、デジタル制御を問わず、様々なフイードバック制御を用いることができる。一例としては、 PI制御または PID制御を挙げること力 Sできる。こうした制御において設定する目標出力電圧は、外部から入力するなどして適宜変更することができる。なお、異常の判定にあたっては、得られた制御値を直接的に用いるのではなぐ時間平均操作をするなどのフィルタ処理を行って突発的な変化を排除した制限値を用いてもよい。

[0012] 望ましくは、本発明の電圧変換装置においては、前記判定手段は、前記操作値が所定上限値以上である場合、または、所定下限値以下である場合に電圧変換装置の異常発生を判定する。この構成によれば、異常判定は、操作値を所定上限値または所定下限値と比較判定するだけで行うことができ、実施が容易となる利点がある。所定上限値と所定下限値は、理論的あるいは経験的に決定することができる。これらの上限値や下限値は、出力先における負荷のカ行状況などに応じて適宜変更できるように構成してもよい。

[0013] 望ましくは、本発明の電圧変換装置においては、前記判定手段における所定上限値または所定下限値は、目標出力電圧に応じて設定される。デューティ比は主として入力電圧と目標出力電圧の比によって決められる。このため、操作値に対して異常を判定する所定値は、目標出力電圧に応じて定めるのが好ましい。そこで、各目標出力電圧において、適切な所定値を設定する。所定値の設定の例としては、テープルを容易して目標出力電圧に応じて多段階 (少なくとも 2段階）に定めることで行う方法や、各目標出力電圧から演算式に基づいて算出する方法を挙げることができる。

[0014] 望ましくは、本発明の電圧変換装置は、さらに、半導体素子のオンオフの繰り返しスイッチングにおけるデューティ比の調整により、出力先から供給される電力の電圧変換を行い、前記直流電源に回生する逆方向変換回路を備える。フィードバック制御においては、この逆方向変換回路の半導体素子に係るデューティ比も制御することができる。

[0015] 望ましくは、本発明の電圧変換装置においては、前記判定手段が異常発生を判定した場合に、前記順方向変換回路及び前記逆方向変換回路の半導体スィッチをォフに固定して、かつ、出力先の負荷をカ行させた状態で、入力電圧と出力電圧を比較し、両者が許容範囲内で等しいときに、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える。あるいは、望ましくは、本発明の電圧変換装置においては、前記判定手段が異常発生を判定した場合に、前記順方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体スィッチをオンに固定し、かつ、出力先の負荷をカ行させた状態で、入力電圧と出力電圧を比較し、両者が許容範囲内で等しいときに、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える。

[0016] この構成によれば、異常の発生した部位がセンサ系統にあるの力、、ダイオードやトランジスタなどの半導体素子にあるのかを判定することが可能となる。このように異常箇所を判定することができると、判定結果に応じた適当な対処が可能となる利点がある

[0017] 望ましくは、本発明の電圧変換装置は、前記判定手段が異常発生を判定した場合に、半導体素子のスイッチング周波数を変化させたときの前記操作値の変化に基づレ、て、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える。

[0018] 望ましくは、本発明の電圧変換装置は、入力される電流の値を取得する電流値取得手段と、出力側の負荷における消費電力値を取得する消費電力値取得手段と、を備え、前記デューティ異常判定手段がデューティ異常がないと判定した場合に、前記順方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオンに固定した状態で、入力電圧と電流、又は、出力電圧と電流に基づいて求めた電力を消費電力と比較し、入力電圧または出力電圧の異常を判定する入出力電圧判定手段を備える。

[0019] 望ましくは、本発明の電圧変換装置は、電圧変換装置が出力する直流電力を入力し、交流電力に変換するインバータと、インバータが出力する交流電力により駆動される交流モータと、を備える。電気自動車は、交流モータの他に内燃機関によっても駆動されるハイブリッド型であってもよい。電気自動車においては、電圧変換装置等の搭載スペースが限定されており、さらに、異常発生時にもなるベく継続走行する必要があるなど困難な要請がある。このため、二重系を構成しない電圧変換装置を搭載する意義は大きぐまた、異常の発生箇所を判定する機能も重要である。

[0020] 望ましくは、本発明の電気自動車においては、電圧変換装置は、前記デューティ異常判定手段がデューティ異常を判定した場合には、前記順方向変換回路及び前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオフに固定する。これにより回生動作が禁止される。このため、デューティ比の異常に起因した過電圧力平滑コンデンサなどを破壊することを防止できる。一方、ダイオードを通じてカ行は可能な状態となる。これにより、電気自動車の電圧変換装置にデューティ異常が見つかった場合にも、直流電源から電力を供給して自動車を駆動させることができる。電気自動車の場合は、減速時などには、モータの回転エネルギを電圧変換装置における回生によってではなくブレーキ等によって吸収できるので、この処置が有効に機能する。

[0021] 望ましくは、本発明の電気自動車において、電圧変換装置は、前記入出力電圧判定手段が出力電圧の異常を判定した場合には、順方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオンに固定する。このスィッチ状態に固定することで、昇圧も降圧も回生も行われなくなるので、制御部において出力電圧を利用した制御を行う必要がなくなり、電気自動車の駆動を継続すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本実施の形態の構成を示す概略図である。

[図 2]制御部 16における制御の概略を説明するブロック図である。

[図 3]操作値の時間変化の例を示す図である。

[図 4]スイッチングのオンオフの例を示す図である。

[図 5]各目標出力電圧における閾値の一例を示す表である。

[図 6]図 5の内容をグラフ化したものである。

[図 7]異常箇所の診断及び処置の流れを示すフローチャートである。

[図 8]図 7における代替ステップを示すフローチャートである。

[図 9]スイッチングのオンオフの例を示す図である。

[図 10]本実施の形態に係る電気自動車の例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。

[0024] 図 1は、本実施の形態に係る電圧変換装置および関連機器の構成を説明する概略図であり、図 10はこの電圧変換装置の搭載を想定した電気自動車 100の概略を示す図である。電圧変換装置 10は、直流電源 12とインバータ 'モータ 14とを結ぶ回路、及び制御部 16からなる直流チヨツバ装置の構成を含んでいる。回路には、直流電源と直列にコイルが接続されている。そして、コイルの他端には、ダイオード 20とトランジスタ 22が並列に接続された上アームと、ダイオード 24とトランジスタ 26が並列に接続された下アームが接続されている。上アームの他端はインバータ 'モータ 14の一端に出力され、下アームの他端はインバータ 'モータ 14の他端に出力されると共に直流電源 12に接続されている。また、インバータ 'モータ 14と並列に、コンデンサ 2 8が接続されている。

[0025] 直流電源 12から入力される電圧 VBは、電圧計 30によって測定することができる。

また、入力される電流 IBは電流計 32によって測定することができる。さらに、出力電圧 VHは、電圧計 34によって測定することができる。これら測定された電圧と電流は、制御部 16に送られる。制御部 16に対しては、さらに、インバータ 'モータ 14から、消費電力の情報が送られる。消費電力の情報の代わりに、トルク指令情報など消費電力の情報が演算可能な情報が送られてもよい。また、指令部 36からは、制御部 16において行われる出力電力の制御の目標出力電力が入力される。指令部 36は、電気自動車 100の走行状況に応じて、随時、最適な目標出力電力を指示している。

[0026] 制御部 16には、演算制御部 38と記憶部 40が含まれている。演算制御部 38は、予め設定されたプログラムに従って演算を行う他、入力信号や出力信号などの処理も実施する。具体的には、トランジスタ 22, 26に対して、スイッチングの指令を行う。すなわち、オンオフの時間に係るデューティ比を操作して、出力電圧を目標出力電圧に近づけるようにスイッチングの制御を行っている。また、演算制御部 38は、高圧チヨッパ装置の出力電圧 VHを制御量とする制御や、回路の異常判定に関する演算処理も行ってレ、る。記憶部 40は、演算制御部 38が処理を行う上で必要となる情報等を一時的、あるいは、固定的に記憶するものである。例えば、回路の異常判定を行うための閾値は、この記憶部 40に記憶されている。

[0027] 次に、回路の作用について、簡単に説明する。この回路は、直流電源 12からの電力をインバータ 'モータ 14に供給する順方向変換回路としての昇圧回路と、逆に直流電源 12へ回生する逆方向変換回路としての降圧回路を含んでいる。昇圧回路は、トランジスタ 22をオフにした状態で、トランジスタ 26のオンとオフを行うことにより動作する。すなわち、トランジスタ 26がオンの状態においては、直流電源 12から流れる電流は、コィノレ 18,トランジスタ 26を経由して直流電源 12に戻るループを形成する。この間に、磁気エネルギがコイル 18に蓄積される。そして、トランジスタ 26をオフにすると、直流電源 12から流れる電流は、コィノレ 18,ダイオード 20,を経由してインバータ 'モータ 14に流れ、直流電源 12に戻るループを形成する。この間には、直流電源 12からの電気工ネルギに加え、コイル 18に蓄積された磁気エネルギがインバータ' モータ 14に供給されるので、インバータ 'モータ 14に与えられる出力電圧は昇圧される。

[0028] 一方、降圧回路は、トランジスタ 26をオフにした状態で、トランジスタ 22のオンとォフを行うことにより動作する。すなわち、トランジスタ 22がオンの状態においては、インバータ 'モータ 14から回生される電流は、トランジスタ 22,コィノレ 18,直流電源 12へと流れ、インバータ 'モータ 14に戻るループを形成する。また、トランジスタ 22がオフの状態においては、コィノレ 18，直流電源 12,ダイオード 24からなるループを形成し、コイル 18に蓄積された磁気エネルギが直流電源 12に回生される。この逆方向変換回路においては、インバータ 'モータ 14が電力を供給する時間よりも、直流電源 12が電力を受ける時間の方が長いことからわかるように、インバータ 'モータ 14における電圧は降圧されて直流電源 12に回生される。電圧変換装置の動作は、このカ行動作と回生動作を適切に制御することで行われる。

[0029] ここで、デューティ比について説明する。簡単のため、電圧変換装置 10が昇圧回路だけからなる場合を考えると、デューティ比 dutyOは次のように表される：

女 1コ

dutyO = ton/ (ton + toff) (1)

= VB/VH (2)

ただし、トランジスタのオン時間を ton、トランジスタのオフ時間を toffとする。式（2)は、回路を流れる電流が常に一定であると仮定して、スイッチングの一周期の間に直流電源で供給される電力と出力側で消費される電力が等しいとした場合に導かれる式である。式（1) (2)からわかるように、 tonと toffを変えてデューティ比を変化させることにより、出力電圧を所望の値に設定することができる。デューティ比の定義においては、近似を行わない、あるいは、近似の精度を高めた理論式を用いることも可能である。なお、逆方向変換回路を含む場合には、やはり同様の考えに基づいて、拡張をおこなえばよい。

[0030] 次に、図 2を用いて、電圧変換装置 10に対する制御の説明を行う。図 2は、制御部 16において行われる制御の流れを説明する図である。まず、指令部 36から入力される目標出力電圧 Vdccomの信号 50と、電圧計 30から入力される直流電源 12の入力電圧 VBの信号 52に基づいて、デューティ比 dutylを次式により定める（S54)：ほ女 2]

dutyl = VB/Vdccom (3)

この式は、式（2)の VHを Vdccomに置き換えたものである。すなわち、理論値に従つて、出力電圧 VHを目標出力電圧 Vdccomとするようにデューティ比を設定したことを意味する。

[0031] し力、しながら、現実には、用いた理論式の精度や、各ディバイスの動作精度などに起因して、出力電圧 VHは目標出力電圧 Vdccomとは異なった値となってしまう。そこで、電圧計 34から入力される信号 56によって取得した出力電圧 VHと目標出力電圧 Vdccomとの比較計算（S58)を行い、偏差 E= (VH— Vdccom)を求める。そして、偏差に対し、比例係数 Kp、積分係数 Kiからなる PI制御の計算を行い、操作値 dut y— piを求める。操作値 duty— piを形式的に書けば次式のようになる：

女 3コ

duty— pi = Κρ ·Ε + Ki J Edt (4)

ただし、実際の計算は、制御部 16内において時間的に離散化されたデータに対して行っている。そして、トランジスタ 22, 26に対しては、 dutylを duty— piで補正（S62 )したデューティ比 duty = dutyl— duty_piに基づレ、てスイッチングの指令信号 64 が出力される。

[0032] 図 3は、操作値 duty_piの時間変化の例を示した図である。通常は、操作値 duty _piは（dutylと比べて）小さぐ 0の近傍で小刻みに変化している。しかし、この例では、時刻 70の時点で異常が発生し、その結果操作値 duty_piが突然プラス方向に増大をはじめている。このように、異常が発生した場合には、操作値 duty_piにその影響が現れる。そこで、操作値に対し異常発生を判定するための上限値及び下限値を設定しておき、この値の範囲外になつた時点で異常発生を判定することが有効である。

[0033] ここで、上限値及び下限値の設定について説明する。以下では、操作値の大きさが異常となる要因として、センサの異常による入力電圧 VBの異常、同じくセンサの異常による出力電圧 VHの異常、ダイオードやトランジスタなどの半導体素子の異常によるデューティ異常、の 3つを考慮する。

[0034] まず、入力電圧 VBが異常によって VB + A VBとなったとする。この場合、本来期待される dutylからのずれを A dutylとすれば、

ほ女 4コ

Δ dutyl = (VB + A VB) /Vdccom

-VB/Vdccom (5)

= Δ VB/Vdccom (6)

となる。この Δ dutylは目標出力電圧 Vdccomの大きさによって変化する。したがつて、 A VBがある値を持つことをもって異常を判定する場合には、目標出力電圧 Vdc comに応じて Δ dutylの異常判定の閾値を設定するのがよレ、。

[0035] 次に、出力電圧 VHの異常の影響を考える。例として、出力電圧が Vdccom— Δν Ηになった場合を考える。 ΡΙ制御は、出力電圧が VHである時のデューティ比を、目標出力電圧 Vdccomである時のデューティ比に近づける働きをする。したがって、操作値のずれは近似的に次式で与えられるとみなせる：

女 5コ

Δ duty 2 = VB/ (Vdccom- Δ VH)

-VB/Vdccom (7)

[0036] さらに、スイッチング異常による A duty3について、図 4を用いて考察する。図 4は、スイッチングの様子を示すタイムチャートであり、横軸は時間、縦軸はスイッチングのオンオフを表す。そして上側の（a)は、正常な場合のスイッチングを、下側の（b)は異常が発生した場合のスイッチングを表している。（a)の場合、 1周期は lmsであり、 to nと toffは共に 0. 5msである。したがって、キャリア周波数 fcany= 1/ (ton + toff) は 1kHzであり、式（1)によればデューティ比は 0. 5ということになる。これに対し、異常のためにオンからオフへの切替に 0· 125msを要しており、デューティ比が 0· 625 となるデューティ異常が生じている。すなわち、スイッチングの指令に対し、異常のために生じるオン時間の乱れを ΔΤとすれば、本来あるべき値とのデューティ比の差は次で与えられる：

ほ女 6コ

Δ duty 3 = (ton+ Δ Τ) /Τ - ton/T (8)

= ΔΤ/Τ (9)

= ΔΤ-f carry (10)

[0037] 以上に説明した理論式 (6)，（7) , (10)において、異常を判定する閾値を画定する際には、通常は、 A VB、 AVH、 Δ Τを部品公差に基づいて設定する。そして、全体としてこれらの部品公差を許容するように、判定の閾値を次のように定める：ほ女 7]

Δ duty pi = Δ duty 1 + Δ duty 2 + Δ duty 3 (11)

[0038] 図 5は、 Vdccomの値を 250Vから 500Vまで変えた場合における Δ duty— piを 10 0分率で表示している。各項目は、 AVBの効果、 Δ νΗの効果、及び、全効果を考慮した閾値である。値としては、一例として、 VB = 200V, AVB = 20V, A VH = 30 V, A T'fcarry=0. 01 (1%)を用いている。例えば、 Vdccom = 250Vの場合、 Δ dutylの効果 ίま 8. 0%, A duty2の効果 ίま 10. 9⁰/₀、 Δ duty3の効果 ίま 1. 0^ο/_οであり、全体として A duty_piは 19. 9%となる。

[0039] 図 6は、図 5の各値を、横軸を Vdccom、縦軸を Δ duty— piとして表示したグラフである。閾値は、 Vdccomが大きいほど、小さな値をとっていることが明らかに見て取れる。例えば、 Vdccom = 250Vの場合に比べ、 Vdccom = 500Vの場合の Δ duty_ piは 4割弱の大きさにまで小さくなつている。

[0040] 制御部 16においては、その記憶部 40に、図 5に示した内容をテーブルとして格納すること力 Sできる。また、各理論式を記憶部 40に保持し、必要となる度に異常判定の閾値 A duty_piの演算を行うことも可能である。なお、この例では理論式として近似度の高いものを用いたが、別の式を用いることも可能である。また、閾値を求める際には式（11)以外のものに基づいてもよい。例えば、 3つの要素が重複して発生する確率を考慮して式（11)を定数倍したりすることは容易である。さらには、 Δ duty— piの符号を考慮した場合に、異常判定の上限値と下限値とを別々の方法で決定してもよレ、。

[0041] 続いて、異常判定がなされた場合に、その異常箇所を特定するための処理、およびその後の対処について説明する。図 7は、判定により異常が確定したあとで実行される診断と対処の流れを示したフローチャートである。診断が開始されると（S100)、トランジスタ 22, 26はオフ状態に固定される（S102)。すなわち、回生禁止状態、つ、カ行可能状態に固定される。そして、電圧計 30が測定する入力電圧 VBと、電圧計 34が測定する出力電圧 VHとが比較される（S104)。電圧計 30と電圧計 34とがともに正常に動作しているならば、両者の電圧は等しくなるはずである。したがって、両者が等しい場合には、発生した異常はデューティ異常によるものであると診断され (S 106)、デューティ異常に対応した対処を実行する（S108)。なお、等しいか否かの判定にあたっては、ダイオード 20等の抵抗や測定誤差などを考慮して等しさの許容範囲を設定することが可能である。対処は、基本的には、電気自動車 100の駆動が続行可能となるように行う。一例としては、トランジスタ 22のスイッチングをオフ状態に固定し、回生禁止状態を維持する手段が考えられる。これにより、過電圧に伴うコンデンサ 28の破壊などを防ぐことができるようになる。この場合には、トランジスタ 26はオフに固定して、カ行可能な状態とする。

[0042] 一方、ステップ S104において、入力電圧 VBと出力電圧 VHが等しくない場合には、異常箇所は電圧計 30が出力する入力電圧 VBまたは電圧計 34が出力する出力電圧 VHに異常があると判定される。なお、ステップ S102においては、トランジスタ 22をオン（回生可能状態）にしても、ステップ S104に係る判定を行うことができる。

[0043] 次に、回生用のトランジスタ 22をオンにし（S110)、電流計 32が測定する電流 IBを用いて、電力 VH'IBを計算する（S112)。そして、計算結果を、インバータ 'モータ 1 4から入力される消費電力情報に基づいて計算した負荷に係る消費電力 Ploadと比較する（S 114)。この消費電力 Ploadと電流 IBが信頼できるものであれば、両者が一致しない場合には出力電圧 VHに異常があると特定され (S116)、 VH異常に対する処置が行われる（S118)。この処置としては、例えば、トランジスタ 22をオンに固定して回生可能な状態を維持し、トランジスタ 26はオフに固定してカ行可能な状態を維持すること力と考えられる。

[0044] —方、両者が一致する場合には、入力電圧 VBに異常があると特定され (S120)、 VB異常に対する対処がなされる（S122)。この処置としては、例えば、図 2の S54において、信号 52によって得られる入力電圧 VBの代わりに、記憶部 40などに用意した推定値などを用いる方法が挙げられる。なお、ステップ S112においては、電力 V Η·ΙΒの代わりに、電力 VB 'IBを計算して同様の診断を行うことも可能である。また、電力 VH · IB及び電力 VB · IBの両者を計算して、診断の確実性を高めてもょレ、。

[0045] 図 8の一点鎖線 SBは、図 7の一点鎖線 SAに係るステップ S102, S104の代替ステップを表しており、やはりデューティ異常を判定するためのものである。すなわち、ステツプ S202においては、まず、トランジスタのスイッチングのキャリア周波数を 1/2に減少させる。そして、この場合に、操作値 duty_piが（許容範囲内で） 1Z2になるかを調べる（S204)。

[0046] この時の様子を、図 9を用いて説明する。図 9は、図 6と同様に、トランジスタのスイツチングのタイムチャートを示している。オンオフからなる一周期は図 6の倍の 2msであり、したがってその逆数であるキャリア周波数 fcarryは半減している。正常状態を表す上側の（a)においてデューティ比は 0· 5である。一方、異常状態を表す下側の（b) において、 Δ Τは図 6と同じく 0. 125msであり、デューティ匕は 1. 125/2 = 0. 506 25である。した力 Sつて、式（10)によれば、操作ィ直 duty一 pi=0. 0625となり、図 6の場合の 0· 125に比べ半減することになる。

[0047] ゆえにステップ S204において、操作値が半減する場合には、デューティ異常が判定される（S106)。一方、操作値が半減しない場合には、スイッチングではない箇所に異常が発生したとみなされ、ステップ S110においてトランジスタ 22をオンとし、トランジスタ 26をオフとして、図 7と同様の処理を継続する。

[0048] なお、トランジスタ 22とトランジスタ 26とに対し別々に異常判定を行ってもよい。すなわち、順方向変換回路に係るキャリア周波数と、逆方向変換回路に係るキャリア周波数とを別々に変更することにより、それぞれの回路に係る半導体素子の異常を判定すること力 S可肯となる。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体素子のオンオフの繰り返しスイッチングにおけるデューティ比の調整により、直流電源からの入力電圧を所望の出力電圧に変換する順方向変換回路を備えた電圧変換装置において、

出力電圧を目標出力電圧に近づけるように、少なくとも目標出力電圧と出力電圧とに基づレ、て、デューティ比を操作する制御手段と、

制御手段が操作する操作値に基づいて電圧変換装置の異常発生を判定する判定手段と、

を備える、ことを特徴とする電圧変換装置。

[2] 請求項 1に記載の電圧変換装置において、

前記判定手段は、前記操作値が所定上限値以上である場合、または、所定下限値以下である場合に電圧変換装置の異常発生を判定する、ことを特徴とする電圧変換

[3] 請求項 2に記載の電圧変換装置において、

前記判定手段における所定上限値または所定下限値は、目標出力電圧に応じて設定される、ことを特徴とする電圧変換装置。

[4] 請求項 1に記載の電圧変換装置において、

さらに、半導体素子のオンオフの繰り返しスイッチングにおけるデューティ比の調整により、出力先から供給される電力の電圧変換を行い、前記直流電源に回生する逆方向変換回路を備える、ことを特徴とする電圧変換装置。

[5] 請求項 4に記載の電圧変換装置において、

前記判定手段が異常発生を判定した場合に、前記順方向変換回路及び前記逆方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定して、かつ、出力先の負荷をカ行させた状態で、入力電圧と出力電圧を比較し、両者が許容範囲内で等しいときに、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える、ことを特徴とす

[6] 請求項 4に記載の電圧変換装置において、

前記判定手段が異常発生を判定した場合に、前記順方向変換回路の半導体スィツチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体スィッチをオンに固定し、かつ、出力先の負荷をカ行させた状態で、入力電圧と出力電圧を比較し、両者が許容範囲内で等しいときに、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える、ことを特徴とする電圧変換装置。

[7] 請求項 4に記載の電圧変換装置において、

前記判定手段が異常発生を判定した場合に、半導体素子のスイッチング周波数を変化させたときの前記操作値の変化に基づいて、半導体素子のデューティ異常を判定するデューティ異常判定手段を備える、ことを特徴とする電圧変換装置。

[8] 請求項 5乃至 7のいずれ力 4項に記載の電圧変換装置において、

入力される電流の値を取得する電流値取得手段と、

出力側の負荷における消費電力値を取得する消費電力値取得手段と、を備え、

前記デューティ異常判定手段がデューティ異常がないと判定した場合に、前記順方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオンに固定した状態で、入力電圧と電流、又は、出力電圧と電流に基づいて求めた電力を消費電力と比較し、入力電圧または出力電圧の異常を判定する入出力電圧判定手段を備える、ことを特徴とする電圧変換装置。

[9] 請求項 8に記載の電圧変換装置と、

電圧変換装置が出力する直流電力を入力し、交流電力に変換するインバータと、インバータが出力する交流電力により駆動される交流モータと、

を備える、ことを特徴とする電気自動車。

[10] 請求項 9に記載の電気自動車において、

電圧変換装置は、

前記デューティ異常判定手段がデューティ異常を判定した場合には、前記順方向変換回路及び前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオフに固定する、ことを特徴とする電気自動車。

[11] 請求項 9に記載の電気自動車において、

電圧変換装置は、前記入出力電圧判定手段が出力電圧の異常を判定した場合には、順方向変換回路の半導体スィッチをオフに固定し、前記逆方向変換回路の半導体素子のスィッチをオンに固定する、ことを特徴とする電気自動車。