JP2012019670A

JP2012019670A - Electric power transmitting insulator circuit, and electric power converting device

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Publication number: JP2012019670A
Application number: JP2010166105A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Baba; 猛馬場; Takeshi Ariyoshi; 剛有吉; Shingo Ohashi; 紳悟大橋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-01-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability by detecting failures of a switch element with an inexpensive structure, in a circuit transmitting electric power while insulating an input side and an output side.SOLUTION: An electric power transmitting insulator circuit 101 comprises an input switch portion 21 including switches Z1 and Z2, and supplying electric power received at a first end T1 of the switch Z1 and a first end T3 of the switch Z2 to a first storage element C1; an output switch portion 22 including switches Z3 and Z4, and supplying the electric power stored in the first storage element C1 to a second storage element C2; and a control portion 14 detecting failures of the first switch element Z1 or the forth switch element Z4 on the basis of the difference between voltage between the first end of the switch element Z1 and the first end of the switch element Z2 detected by a first voltage detecting portion 10 and both end voltage of the second storage element C2 detected by a second voltage detecting portion 12.

Description

本発明は、電力伝達用絶縁回路および電力変換装置に関し、特に、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する電力伝達用絶縁回路および電力変換装置に関する。 The present invention relates to an insulating circuit for power transmission and a power converter, and more particularly to an insulating circuit for power transmission and a power converter that transmit power while insulating between an input side and an output side.

一般家庭の交流電力を用いて電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）およびプラグイン方式のハイブリッドカー（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の駆動用の主電池を充電するための電力変換装置が開発されている。 2. Description of the Related Art Power converters for charging driving main batteries such as electric vehicles (EV) and plug-in hybrid vehicles (HV) using ordinary household AC power have been developed.

このようなＥＶ等の主電池への充電を目的とするものではないが、交流電力を直流電力に変換する電源装置用絶縁回路の一例が、たとえば、特許第３５９５３２９号公報（特許文献１）に記載されている。すなわち、この電源装置用絶縁回路は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、上記整流回路から供給される直流電流に残存する脈流成分を低減する第１のコンデンサーと、上記第１のコンデンサーから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第１のスイッチ回路と、上記第１のスイッチ回路から供給される電流を蓄積する第２のコンデンサーと、上記第２のコンデンサーから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第２のスイッチ回路と、上記第２のスイッチ回路から供給される電流を保持するとともに負荷側に放出する第３のコンデンサーとを備える。また、ＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ１、および上記コントロール信号φ１と相補的にＯＮするとともにＯＮ時間がＯＦＦ時間よりも短く設定されたコントロール信号φ２を生成するゲートコントロール回路を備える。上記コントロール信号φ１により上記第１のスイッチ回路の開閉を行い、上記コントロール信号φ２により上記第２のスイッチ回路の開閉を行なう。このような構成により、大きな容積を占める電源トランスを使用することなく交流電圧を直流電圧に変換し、かつ交流電源側と負荷側とを電気的に絶縁することができる。 Although not intended to charge such a main battery such as an EV, an example of an insulating circuit for a power supply device that converts AC power into DC power is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3595329 (Patent Document 1). Are listed. That is, the power supply device insulating circuit includes a rectifier circuit that converts an AC voltage into a DC voltage, a first capacitor that reduces a pulsating current component remaining in a DC current supplied from the rectifier circuit, and the first capacitor. A first switch circuit that simultaneously opens and closes a positive side and a negative side of a direct current supplied from a capacitor; a second capacitor that stores current supplied from the first switch circuit; and a second capacitor A second switch circuit that simultaneously opens and closes a positive side and a negative side of the supplied direct current; and a third capacitor that holds the current supplied from the second switch circuit and discharges the current to the load side. Further, the ON time is set shorter than the OFF time while the ON time is set to be complementary to the control signal φ1 configured by the square wave set shorter than the OFF time and the control signal φ1. A gate control circuit for generating the control signal φ2 is provided. The first switch circuit is opened and closed by the control signal φ1, and the second switch circuit is opened and closed by the control signal φ2. With such a configuration, an AC voltage can be converted to a DC voltage without using a power transformer that occupies a large volume, and the AC power supply side and the load side can be electrically insulated.

特許第３５９５３２９号公報Japanese Patent No. 3595329

特許文献１に記載の電源装置用絶縁回路では、各スイッチ回路におけるスイッチ素子が故障して短絡した場合、入力側および出力側間の絶縁が確保できない可能性がある。しかしながら、特許文献１には、このような問題に対処するための構成は開示されていない。 In the insulation circuit for a power supply device described in Patent Document 1, when a switch element in each switch circuit fails and is short-circuited, there is a possibility that insulation between the input side and the output side cannot be ensured. However, Patent Document 1 does not disclose a configuration for dealing with such a problem.

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることが可能な電力伝達用絶縁回路および電力変換装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect a failure of a switch element with a low-cost configuration in a circuit that transmits power while insulating the input side and the output side. Accordingly, it is an object to provide an insulating circuit for power transmission and a power conversion device capable of improving the reliability of the circuit.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力伝達用絶縁回路は、第１端および第２端を有する第１の蓄電素子と、第１端および第２端を有する第２の蓄電素子と、第１端、および上記第１の蓄電素子の第１端と電気的に接続された第２端を有する第１のスイッチ素子、ならびに第１端、および上記第１の蓄電素子の第２端と電気的に接続された第２端を有する第２のスイッチ素子を含み、上記第１のスイッチ素子の第１端および上記第２のスイッチ素子の第１端において受けた電力を上記第１の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、上記第１の蓄電素子の第１端と上記第２の蓄電素子の第１端との間に接続された第３のスイッチ素子および上記第１の蓄電素子の第２端と上記第２の蓄電素子の第２端との間に接続された第４のスイッチ素子を含み、上記第１の蓄電素子に蓄えられた電力を上記第２の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、上記第１のスイッチ素子の第１端および上記第２のスイッチ素子の第１端間の電圧である入力電圧を検出するための第１の電圧検出部と、上記第２の蓄電素子の両端電圧を検出するための第２の電圧検出部と、上記第１の電圧検出部によって検出された上記入力電圧と上記第２の電圧検出部によって検出された上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出するための制御部とを備える。 In order to solve the above-described problem, an insulating circuit for power transmission according to an aspect of the present invention includes a first power storage element having a first end and a second end, and a second power having a first end and a second end. A first switch element having a power storage element, a first end, and a second end electrically connected to the first end of the first power storage element; a first end; and the first power storage element. A second switch element having a second end electrically connected to the second end, wherein the power received at the first end of the first switch element and the first end of the second switch element is An input switch unit for supplying to the first power storage element; a third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element; and Connected between the second end of the first power storage element and the second end of the second power storage element. An output switch unit for supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element, a first end of the first switch element, and the first switch element. A first voltage detection unit for detecting an input voltage that is a voltage between the first ends of the two switch elements; a second voltage detection unit for detecting a voltage across the second storage element; Based on the difference between the input voltage detected by the first voltage detector and the voltage across the second storage element detected by the second voltage detector, the first switch element or the A control unit for detecting a failure of the fourth switch element.

このような構成により、各スイッチ素子の短絡故障を検出し、ユーザ等が必要な処置を講ずることにより、電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間の短絡による不具合を防ぐことが可能となる。また、スイッチ素子の両端電圧と比べてレベルの大きい蓄電素子の両端電圧を監視することから、出力電圧検出部において安価なフォトカプラ等を用いることが可能となり、コストを低減することが可能となる。したがって、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 With such a configuration, it is possible to prevent a malfunction due to a short circuit between the input side and the output side of the power transmission insulating circuit by detecting a short circuit failure of each switch element and taking necessary measures by the user or the like. . In addition, since the voltage across the storage element having a higher level than the voltage across the switch element is monitored, it is possible to use an inexpensive photocoupler or the like in the output voltage detection unit, thereby reducing the cost. . Therefore, in a circuit that transmits power while insulating between the input side and the output side, the reliability of the circuit can be improved by detecting a failure of the switch element with a low-cost configuration.

また、入力電圧と第２の蓄電素子の両端電圧との差を用いることにより、スイッチ素子の正常時および短絡故障時においてこれらの電圧が時間によってばらつく場合でも、スイッチ素子の故障を高い精度で検出することができる。 In addition, by using the difference between the input voltage and the voltage across the second storage element, even when the switch element is normal and short-circuit faults, even if these voltages vary with time, the switch element failure can be detected with high accuracy. can do.

さらに、電力伝達用絶縁回路のような電気回路では、回路動作を検証する目的等のために、入力電圧の測定部および出力電圧の測定部が設けられていることが多く、これらの測定電圧は一般的に精度が高い。したがって、故障検出用に別途測定部を設けることなく、入力電圧の測定部すなわち第１の電圧検出部、および出力電圧の測定部すなわち第２の電圧検出部をそのまま流用することができるため、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することが可能となる。 Furthermore, in an electric circuit such as an insulating circuit for power transmission, an input voltage measuring unit and an output voltage measuring unit are often provided for the purpose of verifying circuit operation, etc. Generally high accuracy. Therefore, the input voltage measurement unit, that is, the first voltage detection unit, and the output voltage measurement unit, that is, the second voltage detection unit can be used as they are without providing a separate measurement unit for failure detection. It is possible to detect a failure of the switch element with a costly configuration.

好ましくは、上記制御部は、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子のうちのいずれかを故障検出対象スイッチ素子として選択し、上記故障検出対象スイッチ素子をオフし、上記故障検出対象スイッチ素子が含まれる上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における他方の上記スイッチ素子と、上記故障検出対象スイッチ素子が含まれない上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における各上記スイッチ素子とをオンした状態において、上記第１の電圧検出部によって検出された上記入力電圧と上記第２の電圧検出部によって検出された上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、上記故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。 Preferably, the control unit selects any one of the first switch element to the fourth switch element as a failure detection target switch element, turns off the failure detection target switch element, and selects the failure detection target. The other switch element in the input switch unit or the output switch unit including the switch element and the switch element in the input switch unit or the output switch unit not including the failure detection target switch element are turned on. In the state, based on the difference between the input voltage detected by the first voltage detector and the voltage across the second storage element detected by the second voltage detector, the failure detection target switch Detect device failure.

このような構成により、故障検出対象スイッチ素子の短絡故障を適切に検出することができる。 With such a configuration, it is possible to appropriately detect a short circuit failure of the failure detection target switch element.

より好ましくは、上記制御部は、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の少なくともいずれか１つをオフした状態における上記入力電圧および上記第２の蓄電素子の両端電圧、または上記入力電圧および上記両端電圧の差を初期値として保存し、上記初期値と、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の少なくともいずれか１つをオフした状態において新たに検出された上記入力電圧および上記第２の蓄電素子の両端電圧の差とを比較し、比較結果に基づいて上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。 More preferably, the control unit has the input voltage and the voltage across the second power storage element in a state where at least one of the first switch element to the fourth switch element is turned off, or the input The difference between the voltage and the voltage between both ends is stored as an initial value, and the input newly detected in a state where at least one of the initial value and the first to fourth switch elements is turned off. The voltage and the voltage difference between both ends of the second power storage element are compared, and a failure of the first switch element to the fourth switch element is detected based on the comparison result.

このような構成により、故障判定基準を出力電圧検出部の特性バラツキに応じて調整することが可能となるため、出力電圧検出部の特性バラツキ等によって故障検出精度が劣化することを防ぐことができる。 With such a configuration, the failure determination criterion can be adjusted according to the characteristic variation of the output voltage detection unit. Therefore, it is possible to prevent the failure detection accuracy from being deteriorated due to the characteristic variation of the output voltage detection unit. .

より好ましくは、上記制御部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子および上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第２の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンする第３の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子および上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第４の期間とをこの順番で繰り返し、上記制御部は、上記第４の期間において上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。 More preferably, the control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit, and the switch elements in the input switch unit. And a second period for turning off the switch elements in the output switch unit, and a third period for turning off the switch elements in the input switch unit and turning on the switch elements in the output switch unit. And the fourth period in which the switch elements in the input switch unit and the switch elements in the output switch unit are turned off are repeated in this order, and the control unit performs the first switch in the fourth period. A failure of the element or the fourth switch element is detected.

このように、入力電圧と第２の蓄電素子の両端電圧との差が大きくなる第４の期間において故障検出を行なう構成により、スイッチ素子の故障を高い精度で検出することができる。 As described above, the failure detection of the switch element can be detected with high accuracy by the configuration in which the failure detection is performed in the fourth period in which the difference between the input voltage and the voltage across the second power storage element is large.

好ましくは、上記電力伝達用絶縁回路は、通常動作モードおよび故障検出モードを有し、上記制御部は、上記通常動作モードにおいて、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンする第２の期間とを順番に繰り返し、上記制御部は、上記故障検出モードにおいて、上記第１の期間および上記第２の期間を実行し、上記通常動作モードと比べて上記第１の期間および上記第２の期間をそれぞれ長く設定する。 Preferably, the power transmission insulating circuit has a normal operation mode and a failure detection mode, and the control unit turns on the switch elements in the input switch unit in the normal operation mode, and the output switch A first period in which each switch element in the unit is turned off and a second period in which each switch element in the input switch unit is turned off and each switch element in the output switch unit is turned on are sequentially repeated. The control unit executes the first period and the second period in the failure detection mode, and sets the first period and the second period longer than the normal operation mode, respectively. .

このような構成により、蓄電素子を十分に充放電して入力電圧と第２の蓄電素子の両端電圧との差を大きくできるため、電力伝達用絶縁回路における入力スイッチ部および出力スイッチ部のスイッチング周波数が高い場合でも、故障検出精度を高めることができる。 With such a configuration, the storage element can be sufficiently charged / discharged to increase the difference between the input voltage and the voltage across the second storage element, so that the switching frequency of the input switch unit and the output switch unit in the power transmission insulating circuit Even in the case of high, failure detection accuracy can be improved.

好ましくは、上記制御部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンする第２の期間とを順番に繰り返し、上記制御部は、所定のタイミングにおいて上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出することが可能であり、かつ上記電力伝達用絶縁回路の外部からの指令に基づくタイミングにおいて上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出することが可能である。 Preferably, the control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit, and sets the switch elements in the input switch unit. The control unit repeats the turn-off and the second period of turning on each of the switch elements in the output switch unit in order, and the control unit causes a failure of the first switch element to the fourth switch element at a predetermined timing. It is possible to detect the failure of the first switch element to the fourth switch element at a timing based on a command from the outside of the power transmission insulating circuit.

このような構成により、ユーザからの種々の要求に対して柔軟に対応することが可能となる。 With such a configuration, it is possible to flexibly respond to various requests from users.

好ましくは、上記制御部は、自己と上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子との間を絶縁しながら、制御信号を上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子へそれぞれ出力することにより、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御する。 Preferably, the control unit outputs a control signal to the first switch element to the fourth switch element, respectively, while insulating between itself and the first switch element to the fourth switch element. Thus, switching of the first switch element to the fourth switch element is controlled.

このような構成により、第１のスイッチ素子ないし第４のスイッチ素子のスイッチング制御を安定して行なうことができる。 With such a configuration, the switching control of the first switch element to the fourth switch element can be stably performed.

より好ましくは、上記制御部は、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の各々に対応して設けられた複数のフォトカプラを含み、対応の上記フォトカプラを介して上記制御信号を上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子へそれぞれ出力する。 More preferably, the control unit includes a plurality of photocouplers provided corresponding to each of the first switch element to the fourth switch element, and outputs the control signal via the corresponding photocoupler. Output to the first switch element to the fourth switch element, respectively.

フォトカプラは、制御信号のデューティ比に関わらず、安定して信号伝達を行なうことが可能であるため、パルストランスを用いる構成と比べて、電力変換装置の入出力電圧の選択における自由度を高めることができる。また、第１の蓄電素子および第２の蓄電素子の充放電時間を長くした故障検出モードを設ける場合でも、パルストランスを用いる構成と比べて、電力伝達用絶縁回路の小型化を図ることができる。 Since the photocoupler can stably transmit the signal regardless of the duty ratio of the control signal, the degree of freedom in selecting the input / output voltage of the power converter is increased as compared with the configuration using the pulse transformer. be able to. In addition, even when a failure detection mode in which the charge / discharge time of the first power storage element and the second power storage element is extended is provided, the power transmission insulating circuit can be downsized as compared with the configuration using the pulse transformer. .

好ましくは、上記電力伝達用絶縁回路は、さらに、上記第１のスイッチ素子の第１端と上記第２のスイッチ素子の第１端との間に接続された第３の蓄電素子を備える。 Preferably, the power transmission insulating circuit further includes a third power storage element connected between the first end of the first switch element and the first end of the second switch element.

このような構成により、電力伝達用絶縁回路への入力電流のリップルを防ぎ、回路動作の安定化を図ることができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the ripple of the input current to the power transmission insulating circuit and to stabilize the circuit operation.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電力変換装置であって、受けた交流電力を整流するための整流部と、上記整流部および上記負荷間を絶縁しながら、上記整流部によって整流された電力を上記負荷に伝達するための電力伝達用絶縁回路とを備え、上記電力伝達用絶縁回路は、第１端および第２端を有する第１の蓄電素子と、第１端および第２端を有する第２の蓄電素子と、上記整流部と上記第１の蓄電素子の第１端との間に接続された第１のスイッチ素子、および上記整流部と上記第１の蓄電素子の第２端との間に接続された第２のスイッチ素子を含み、上記整流部によって整流された電力を上記第１の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、上記第１の蓄電素子の第１端と上記第２の蓄電素子の第１端との間に接続された第３のスイッチ素子、および上記第１の蓄電素子の第２端と上記第２の蓄電素子の第２端との間に接続された第４のスイッチ素子を含み、上記第１の蓄電素子に蓄えられた電力を上記第２の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、上記第１のスイッチ素子の第１端および上記第２のスイッチ素子の第１端間の電圧である入力電圧を検出するための第１の電圧検出部と、上記第２の蓄電素子の両端電圧を検出するための第２の電圧検出部と、上記第１の電圧検出部によって検出された上記入力電圧と上記第２の電圧検出部によって検出された上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、上記第１のスイッチ素子ないし上記第４のスイッチ素子の故障を検出するための制御部とを含む。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to an aspect of the present invention is a power conversion device for converting alternating current power into direct current power and supplying it to a load, and rectifies the received alternating current power. And a power transmission insulating circuit for transmitting the power rectified by the rectifying unit to the load while insulating between the rectifying unit and the load. A first power storage element having a first end and a second end, a second power storage element having a first end and a second end, and between the rectifying unit and the first end of the first power storage element A first switch element connected, and a second switch element connected between the rectifying unit and the second end of the first power storage element, and the electric power rectified by the rectifying unit is Input switch unit for supplying power to one storage element A third switch element connected between the first end of the first power storage element and the first end of the second power storage element; and the second end of the first power storage element and the second An output switch unit for supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element, including a fourth switch element connected between the second end of the power storage element; A first voltage detector for detecting an input voltage, which is a voltage between the first end of the first switch element and the first end of the second switch element, and a voltage across the second storage element; A second voltage detection unit for detecting the voltage, the input voltage detected by the first voltage detection unit, and the voltage across the second power storage element detected by the second voltage detection unit Based on the difference, the reason for the first switch element to the fourth switch element is The and a control unit for detecting.

本発明によれば、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, in a circuit that transmits power while insulating the input side and the output side, the reliability of the circuit can be improved by detecting a failure of the switch element with a low-cost configuration.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における出力電圧検出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the output voltage detection part in the insulation circuit for electric power transmission which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路によるスイッチング動作を示す図である。It is a figure which shows the switching operation | movement by the insulated circuit for electric power transmission which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各キャパシタの電圧波形を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the voltage waveform of each capacitor in the insulated circuit for electric power transmission which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における制御部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the control part in the insulation circuit for electric power transmission which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における制御部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the control part in the insulation circuit for electric power transmission which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

［構成および基本動作］
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。 [Configuration and basic operation]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.

図１を参照して、電力変換装置２０１は、電力伝達用絶縁回路１０１と、整流部１０２とを備える。電力伝達用絶縁回路１０１は、キャパシタＣ０〜Ｃ２と、入力スイッチ部２１と、出力スイッチ部２２と、出力電圧検出部１０，１２と、制御部１４とを含む。入力スイッチ部２１は、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２を含む。出力スイッチ部２２は、スイッチ素子Ｚ３，Ｚ４を含む。 Referring to FIG. 1, power conversion device 201 includes a power transmission insulating circuit 101 and a rectifying unit 102. The power transmission insulating circuit 101 includes capacitors C 0 to C 2, an input switch unit 21, an output switch unit 22, output voltage detection units 10 and 12, and a control unit 14. The input switch unit 21 includes switch elements Z1 and Z2. The output switch unit 22 includes switch elements Z3 and Z4.

電力変換装置２０１は、交流電源２０２から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷２０３に供給する。負荷２０３は、たとえば、ＥＶおよびプラグイン方式のＨＶ等の駆動用の主電池である。 The power converter 201 converts AC power supplied from the AC power source 202 into DC power and supplies the DC power to the load 203. The load 203 is a main battery for driving such as EV and plug-in type HV, for example.

整流部１０２は、たとえば、ダイオードブリッジを含み、交流電源２０２から受けた交流電力を全波整流して電力伝達用絶縁回路１０１へ出力する。 The rectifying unit 102 includes, for example, a diode bridge, and full-wave rectifies the AC power received from the AC power source 202 and outputs the rectified power to the power transmission insulating circuit 101.

電力伝達用絶縁回路１０１において、スイッチ素子Ｚ１は、キャパシタＣ０の第１端Ｔ１１と電気的に接続された第１端Ｔ１、およびキャパシタＣ１の第１端Ｔ１３と電気的に接続された第２端Ｔ２を有する。スイッチ素子Ｚ２は、キャパシタＣ０の第２端Ｔ１２と電気的に接続された第１端Ｔ３、およびキャパシタＣ１の第２端Ｔ１４と電気的に接続された第２端Ｔ４を有する。スイッチ素子Ｚ３は、キャパシタＣ１の第１端Ｔ１３と電気的に接続された第１端Ｔ５、およびキャパシタＣ２の第１端Ｔ１５と電気的に接続された第２端Ｔ６を有する。スイッチ素子Ｚ４は、キャパシタＣ１の第２端Ｔ１４と電気的に接続された第１端Ｔ７、およびキャパシタＣ２の第２端Ｔ１６と電気的に接続された第２端Ｔ８を有する。 In the power transmission insulating circuit 101, the switch element Z1 includes a first end T1 electrically connected to the first end T11 of the capacitor C0 and a second end electrically connected to the first end T13 of the capacitor C1. T2. Switch element Z2 has a first end T3 electrically connected to second end T12 of capacitor C0, and a second end T4 electrically connected to second end T14 of capacitor C1. Switch element Z3 has a first end T5 electrically connected to first end T13 of capacitor C1, and a second end T6 electrically connected to first end T15 of capacitor C2. Switch element Z4 has a first end T7 electrically connected to second end T14 of capacitor C1, and a second end T8 electrically connected to second end T16 of capacitor C2.

キャパシタＣ０は、整流部１０２によって整流された電力を蓄える。入力スイッチ部２１は、スイッチ素子Ｚ１の第１端Ｔ１およびスイッチ素子Ｚ２の第１端Ｔ３において受けた電力すなわちキャパシタＣ０に蓄えられた電力をキャパシタＣ１に供給する。出力スイッチ部２２は、キャパシタＣ１に蓄えられた電力をキャパシタＣ２に供給する。キャパシタＣ２に蓄えられた電力は、放電されて負荷２０３に供給される。 The capacitor C0 stores the power rectified by the rectifying unit 102. The input switch unit 21 supplies the power received at the first end T1 of the switch element Z1 and the first end T3 of the switch element Z2, that is, the power stored in the capacitor C0, to the capacitor C1. The output switch unit 22 supplies the power stored in the capacitor C1 to the capacitor C2. The electric power stored in the capacitor C2 is discharged and supplied to the load 203.

制御部１４は、ゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ４をスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４に出力することにより、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４のオンおよびオフをそれぞれ切り替える。電力伝達用絶縁回路１０１は、制御部１４のスイッチ制御により、整流部１０２および負荷２０３間を絶縁しながら、キャパシタＣ０に蓄えられた電力を負荷２０３に伝達する。 The control unit 14 switches the switching elements Z1 to Z4 on and off by outputting the gate driving signals G1 to G4 to the switching elements Z1 to Z4, respectively. The power transmission insulating circuit 101 transmits the power stored in the capacitor C0 to the load 203 while insulating between the rectifying unit 102 and the load 203 by switch control of the control unit 14.

出力電圧検出部１０は、スイッチ素子Ｚ１の第１端Ｔ１およびスイッチ素子Ｚ２の第１端Ｔ３間の電圧Ｖ０すなわちキャパシタＣ０の両端電圧（入力電圧）Ｖ０を検出する。出力電圧検出部１２は、キャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２を検出する。 The output voltage detector 10 detects the voltage V0 between the first terminal T1 of the switch element Z1 and the first terminal T3 of the switch element Z2, that is, the voltage (input voltage) V0 across the capacitor C0. The output voltage detector 12 detects the voltage V2 across the capacitor C2.

制御部１４は、出力電圧検出部１０によって検出されたキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０と出力電圧検出部１２によって検出されたキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいて、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。 Based on the difference between the voltage V0 across the capacitor C0 detected by the output voltage detector 10 and the voltage V2 across the capacitor C2 detected by the output voltage detector 12, the controller 14 switches the switch element Z1 through the switch element Z4. Detects faults.

図２は、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における出力電圧検出部の構成を示す図である。図２では、出力電圧検出部１０の構成を代表的に示している。出力電圧検出部１２の構成は出力電圧検出部１０と同様である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an output voltage detection unit in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 representatively shows the configuration of the output voltage detection unit 10. The configuration of the output voltage detection unit 12 is the same as that of the output voltage detection unit 10.

図２を参照して、出力電圧検出部１０は、フォトカプラＸ１と、入力抵抗Ｒ１と、出力抵抗Ｒ２とを含む。キャパシタＣ０の第１端Ｔ１１および第２端Ｔ１２間に、入力抵抗Ｒ１およびフォトカプラＸ１の発光素子が直列接続されている。電源電圧Ｖｄｄの供給されるノードと接地電圧の供給されるノードとの間にフォトカプラＸ１の受光素子および出力抵抗Ｒ２が直列接続されている。 Referring to FIG. 2, output voltage detection unit 10 includes a photocoupler X1, an input resistor R1, and an output resistor R2. Between the first end T11 and the second end T12 of the capacitor C0, the input resistor R1 and the light emitting element of the photocoupler X1 are connected in series. The light receiving element of the photocoupler X1 and the output resistor R2 are connected in series between the node supplied with the power supply voltage Vdd and the node supplied with the ground voltage.

キャパシタＣ０の両端電圧に応じた量の電流がフォトカプラＸ１の発光素子を通して流れ、この電流量がフォトカプラＸ１の受光素子に伝達される。すなわち、キャパシタＣ０の両端電圧に応じた量の電流がフォトカプラＸ１における受光素子を通して流れる。これにより、キャパシタＣ０の両端電圧に応じた大きさの電圧が制御部１４へ伝達される。 An amount of current corresponding to the voltage across the capacitor C0 flows through the light emitting element of the photocoupler X1, and this amount of current is transmitted to the light receiving element of the photocoupler X1. That is, an amount of current corresponding to the voltage across the capacitor C0 flows through the light receiving element in the photocoupler X1. Thus, a voltage having a magnitude corresponding to the voltage across the capacitor C0 is transmitted to the control unit 14.

［動作］
次に、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路が電力伝達および故障検出を行なう際の動作について図面を用いて説明する。 [Operation]
Next, operations when the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention performs power transmission and failure detection will be described with reference to the drawings.

図３は、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路によるスイッチング動作を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a switching operation by the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention.

図３を参照して、まず、制御部１４は、期間Ｔ１において、スイッチ素子Ｚ１をオンし、スイッチ素子Ｚ２をオンし、スイッチ素子Ｚ３をオフし、スイッチ素子Ｚ４をオフする。これにより、キャパシタＣ０に蓄えられた電荷が放電され、放電された電荷がキャパシタＣ１に蓄えられる。スイッチ素子Ｚ３およびＺ４がオフされていることにより、整流部１０２および負荷２０３間の絶縁が確保される。 Referring to FIG. 3, first, in the period T1, the control unit 14 turns on the switch element Z1, turns on the switch element Z2, turns off the switch element Z3, and turns off the switch element Z4. Thereby, the electric charge stored in the capacitor C0 is discharged, and the discharged electric charge is stored in the capacitor C1. Since the switch elements Z3 and Z4 are turned off, insulation between the rectifying unit 102 and the load 203 is ensured.

次に、制御部１４は、期間Ｔ２において、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４をオフする。これにより、電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間の絶縁を確保するためのデッドタイムが設けられる。すなわち、入力スイッチ部２１における各スイッチおよび出力スイッチ部２２における各スイッチを介して電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間、すなわち整流部１０２および負荷２０３間が短絡することを防ぐことができる。 Next, the control unit 14 turns off the switch elements Z1 to Z4 in the period T2. This provides a dead time for ensuring insulation between the input side and the output side of the power transmission insulating circuit 101. That is, it is possible to prevent a short circuit between the input side and the output side of the power transmission insulating circuit 101, that is, between the rectifying unit 102 and the load 203, via each switch in the input switch unit 21 and each switch in the output switch unit 22. it can.

次に、制御部１４は、期間Ｔ３において、スイッチ素子Ｚ１をオフし、スイッチ素子Ｚ２をオフし、スイッチ素子Ｚ３をオンし、スイッチ素子Ｚ４をオンする。これにより、キャパシタＣ１に蓄えられた電荷が放電され、放電された電荷がキャパシタＣ２に蓄えられる。スイッチ素子Ｚ１およびＺ２がオフされていることにより、整流部１０２および負荷２０３間の絶縁が確保される。 Next, in the period T3, the control unit 14 turns off the switch element Z1, turns off the switch element Z2, turns on the switch element Z3, and turns on the switch element Z4. Thereby, the electric charge stored in the capacitor C1 is discharged, and the discharged electric charge is stored in the capacitor C2. Since the switch elements Z1 and Z2 are turned off, insulation between the rectifying unit 102 and the load 203 is ensured.

次に、制御部１４は、期間Ｔ４において、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４をオフする。これにより、期間Ｔ２と同様に、電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間の絶縁を確保するためのデッドタイムが設けられる。 Next, the control unit 14 turns off the switch elements Z1 to Z4 in the period T4. As a result, similarly to the period T2, a dead time for ensuring insulation between the input side and the output side of the power transmission insulating circuit 101 is provided.

ここで、期間Ｔ１〜Ｔ４において、キャパシタＣ１は整流部１０２からの電力により充電されており、また、キャパシタＣ２に蓄えられた電力は放電されて負荷２０３に供給されている。また、期間Ｔ２およびＴ４においては、キャパシタＣ１における電荷の移動はない。 Here, in the period T 1 to T 4, the capacitor C 1 is charged with the electric power from the rectifying unit 102, and the electric power stored in the capacitor C 2 is discharged and supplied to the load 203. In the periods T2 and T4, there is no charge movement in the capacitor C1.

そして、制御部１４は、これら期間Ｔ１、期間Ｔ２、期間Ｔ３および期間Ｔ４をこの順番で繰り返すことにより、整流部１０２と協働して、電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間を絶縁しながら、交流電源２０２からの交流電力を直流電力に変換して負荷２０３に供給する。 And the control part 14 cooperates with the rectifier 102 by repeating these periods T1, T2, T3, and T4 in this order, and between the input side and the output side of the insulation circuit 101 for electric power transmission. While insulating, the AC power from the AC power source 202 is converted into DC power and supplied to the load 203.

さらに、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障をそれぞれ検出するための故障検出期間ＴＥ１〜ＴＥ４を設ける。故障検出期間ＴＥ１〜ＴＥ４は、期間Ｔ１〜Ｔ４の各期間の間に設けられてもよいし、期間Ｔ１〜Ｔ４の中で設けられてもよい。 Furthermore, the control unit 14 provides failure detection periods TE1 to TE4 for detecting failures of the switch elements Z1 to Z4, respectively. The failure detection periods TE1 to TE4 may be provided between the periods T1 to T4, or may be provided in the periods T1 to T4.

具体的には、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４のうちのいずれかを故障検出対象スイッチ素子として選択する。制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子をオフする。そして、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が含まれる入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における他方のスイッチ素子と、故障検出対象スイッチ素子が含まれない入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における各スイッチ素子とをオンする。 Specifically, the control unit 14 selects any one of the switch elements Z1 to Z4 as the failure detection target switch element. The control unit 14 turns off the failure detection target switch element. Then, the control unit 14 includes the other switch element in the input switch unit 21 or the output switch unit 22 including the failure detection target switch element, and the input switch unit 21 or the output switch unit 22 that does not include the failure detection target switch element. Each switch element is turned on.

この状態において、制御部１４は、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいて故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。 In this state, the control unit 14 detects a failure of the failure detection target switch element based on the difference between the voltage V0 across the capacitor C0 and the voltage V2 across the capacitor C2.

より詳細には、制御部１４は、期間ＴＥ１において、スイッチ素子Ｚ１をオフし、スイッチ素子Ｚ２をオンし、スイッチ素子Ｚ３をオンし、スイッチ素子Ｚ４をオンする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１の故障を検出する。具体的には、スイッチ素子Ｚ１が正常である場合には、電圧Ｖ０が電圧Ｖ２よりも大きくなる。これは、期間ＴＥ１においては、キャパシタＣ０は整流部１０２からの電力によって充電される一方で、キャパシタＣ２はキャパシタＣ０に蓄えられた電荷によっては充電されず、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は負荷２０３へ放電されるからである。一方、スイッチ素子Ｚ１が故障して短絡している場合には、短絡状態のスイッチ素子Ｚ１およびオン状態のスイッチ素子Ｚ２〜Ｚ４により、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の電圧差の相違に基づき、スイッチ素子Ｚ１の故障検出を行なう。 More specifically, in the period TE1, the control unit 14 turns off the switch element Z1, turns on the switch element Z2, turns on the switch element Z3, and turns on the switch element Z4. Then, the control unit 14 detects a failure of the switch element Z1 based on the difference between the voltage V0 and the voltage V2 in this state. Specifically, when the switch element Z1 is normal, the voltage V0 is higher than the voltage V2. In the period TE1, the capacitor C0 is charged by the electric power from the rectifier 102, while the capacitor C2 is not charged by the electric charge stored in the capacitor C0, and the electric charge stored in the capacitor C2 is the load 203. It is because it is discharged to. On the other hand, when the switch element Z1 fails and is short-circuited, the voltage V0 and the voltage V2 are equalized by the short-circuited switch element Z1 and the on-state switch elements Z2 to Z4. The control unit 14 detects a failure of the switch element Z1 based on the difference in voltage difference between the voltage V0 and the voltage V2.

また、制御部１４は、期間ＴＥ２において、スイッチ素子Ｚ１をオンし、スイッチ素子Ｚ２をオフし、スイッチ素子Ｚ３をオンし、スイッチ素子Ｚ４をオンする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。具体的には、スイッチ素子Ｚ２が正常である場合には、電圧Ｖ０が電圧Ｖ２よりも大きくなる。これは、期間ＴＥ２においては、キャパシタＣ０は整流部１０２からの電力によって充電される一方で、キャパシタＣ２はキャパシタＣ０に蓄えられた電荷によっては充電されず、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は負荷２０３へ放電されるからである。一方、スイッチ素子Ｚ２が故障して短絡している場合には、短絡状態のスイッチ素子Ｚ２およびオン状態のスイッチ素子Ｚ１，Ｚ３，Ｚ４により、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の電圧差の相違に基づき、スイッチ素子Ｚ２の故障検出を行なう。 In the period TE2, the control unit 14 turns on the switch element Z1, turns off the switch element Z2, turns on the switch element Z3, and turns on the switch element Z4. Then, the control unit 14 detects a failure of the switch element Z2 based on the difference between the voltage V0 and the voltage V2 in this state. Specifically, when the switch element Z2 is normal, the voltage V0 is higher than the voltage V2. In the period TE2, the capacitor C0 is charged by the electric power from the rectifying unit 102, while the capacitor C2 is not charged by the electric charge stored in the capacitor C0, and the electric charge stored in the capacitor C2 is the load 203. It is because it is discharged to. On the other hand, when the switch element Z2 fails and is short-circuited, the voltage V0 and the voltage V2 are equalized by the short-circuited switch element Z2 and the on-state switch elements Z1, Z3, and Z4. The control unit 14 detects a failure of the switch element Z2 based on the difference in voltage difference between the voltage V0 and the voltage V2.

また、制御部１４は、期間ＴＥ３において、スイッチ素子Ｚ１をオンし、スイッチ素子Ｚ２をオンし、スイッチ素子Ｚ３をオフし、スイッチ素子Ｚ４をオンする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３の故障を検出する。具体的には、スイッチ素子Ｚ３が正常である場合には、電圧Ｖ０が電圧Ｖ２よりも大きくなる。これは、期間ＴＥ３においては、キャパシタＣ０は整流部１０２からの電力によって充電される一方で、キャパシタＣ２はキャパシタＣ０に蓄えられた電荷によっては充電されず、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は負荷２０３へ放電されるからである。一方、スイッチ素子Ｚ３が故障して短絡している場合には、短絡状態のスイッチ素子Ｚ３およびオン状態のスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ４により、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の電圧差の相違に基づき、スイッチ素子Ｚ３の故障検出を行なう。 In the period TE3, the control unit 14 turns on the switch element Z1, turns on the switch element Z2, turns off the switch element Z3, and turns on the switch element Z4. Then, the control unit 14 detects a failure of the switch element Z3 based on the difference between the voltage V0 and the voltage V2 in this state. Specifically, when the switch element Z3 is normal, the voltage V0 is higher than the voltage V2. In the period TE3, the capacitor C0 is charged by the electric power from the rectifying unit 102, while the capacitor C2 is not charged by the electric charge stored in the capacitor C0, and the electric charge stored in the capacitor C2 is the load 203. It is because it is discharged to. On the other hand, when the switch element Z3 fails and is short-circuited, the voltage V0 and the voltage V2 are equalized by the short-circuited switch element Z3 and the on-state switch elements Z1, Z2, and Z4. The control unit 14 detects a failure of the switch element Z3 based on the difference in voltage difference between the voltage V0 and the voltage V2.

また、制御部１４は、期間ＴＥ４において、スイッチ素子Ｚ１をオンし、スイッチ素子Ｚ２をオンし、スイッチ素子Ｚ３をオンし、スイッチ素子Ｚ４をオフする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。具体的には、スイッチ素子Ｚ４が正常である場合には、電圧Ｖ０が電圧Ｖ２よりも大きくなる。これは、期間ＴＥ４においては、キャパシタＣ０は整流部１０２からの電力によって充電される一方で、キャパシタＣ２はキャパシタＣ０に蓄えられた電荷によっては充電されず、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷は負荷２０３へ放電されるからである。一方、スイッチ素子Ｚ４が故障して短絡している場合には、短絡状態のスイッチ素子Ｚ４およびオン状態のスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ３により、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の電圧差の相違に基づき、スイッチ素子Ｚ４の故障検出を行なう。 In the period TE4, the control unit 14 turns on the switch element Z1, turns on the switch element Z2, turns on the switch element Z3, and turns off the switch element Z4. Then, the control unit 14 detects a failure of the switch element Z4 based on the difference between the voltage V0 and the voltage V2 in this state. Specifically, when the switch element Z4 is normal, the voltage V0 is higher than the voltage V2. In the period TE4, the capacitor C0 is charged by the electric power from the rectifier 102, while the capacitor C2 is not charged by the electric charge stored in the capacitor C0, and the electric charge stored in the capacitor C2 is the load 203. It is because it is discharged to. On the other hand, when the switch element Z4 fails and is short-circuited, the voltage V0 and the voltage V2 are equalized by the short-circuited switch element Z4 and the on-state switch elements Z1 to Z3. The control unit 14 detects a failure of the switch element Z4 based on the difference in voltage difference between the voltage V0 and the voltage V2.

なお、電力伝達用絶縁回路１０１では、期間ＴＥ１〜ＴＥ４において、故障検出対象スイッチ素子が短絡故障していた場合には、入力側および出力側間が短絡することになる。このため、期間ＴＥ１〜ＴＥ４においては、電力伝達用絶縁回路１０１と負荷２０３とを電気的に切り離す構成であってもよい。ただし、電力伝達用絶縁回路１０１において何らかの保護回路を設けることにより、電力伝達用絶縁回路１０１と負荷２０３とを電気的に切り離す必要性は低くなる。 In the power transmission insulating circuit 101, when the failure detection target switch element has a short circuit failure in the periods TE1 to TE4, the input side and the output side are short-circuited. For this reason, in period TE1-TE4, the structure which isolate | separates electrically the insulated circuit 101 for electric power transmission and the load 203 may be sufficient. However, the provision of any protection circuit in the power transmission insulating circuit 101 reduces the need to electrically disconnect the power transmission insulating circuit 101 and the load 203.

図４は、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各キャパシタの電圧波形を概略的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing voltage waveforms of the capacitors in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention.

図４を参照して、期間Ｔ４においては、他の期間と比べて電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差が大きくなる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１〜ＴＥ４をたとえば期間Ｔ４において設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障を高い精度で検出することができる。 Referring to FIG. 4, in period T4, the difference between voltage V0 and voltage V2 is greater than in other periods. For this reason, the control part 14 provides the periods TE1-TE4 in the period T4, for example. With such a configuration, the failure of the switch elements Z1 to Z4 can be detected with high accuracy.

ここで、期間Ｔ４の終了間際、すなわち期間Ｔ４の終了タイミングの所定時間前から期間Ｔ３の終了タイミングまでにおけるタイミングＴＡにおいて、電圧Ｖ０が上昇方向、電圧Ｖ２が下降方向をとっており、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差が最大となる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１〜ＴＥ４をたとえばタイミングＴＡにおいて設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障をさらに高い精度で検出することができる。 Here, at the timing TA immediately before the end of the period T4, that is, at a timing TA from a predetermined time before the end timing of the period T4 to the end timing of the period T3, the voltage V0 is increasing and the voltage V2 is decreasing. The difference in voltage V2 is maximized. For this reason, the control part 14 provides the periods TE1-TE4, for example in the timing TA. With such a configuration, the failure of the switch elements Z1 to Z4 can be detected with higher accuracy.

また、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、出力電圧検出部１０，１２において、コスト低減のためフォトカプラを使用している。一般的に、フォトカプラは特性のばらつきが大きい。そして、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の電圧差はそれほど大きくならないことから、フォトカプラの特性バラツキによって故障検出精度が劣化する可能性がある。 In the power conversion device according to the embodiment of the present invention, the output voltage detection units 10 and 12 use photocouplers for cost reduction. In general, a photocoupler has a large variation in characteristics. Since the voltage difference between the voltage V0 and the voltage V2 is not so large, there is a possibility that the failure detection accuracy is deteriorated due to the characteristic variation of the photocoupler.

そこで、本発明の実施の形態に係る電力変換装置では、制御部１４は、各スイッチ素子が正常な状態における電圧Ｖ０および電圧Ｖ２をあらかじめ測定し、たとえばこれらの電圧値を初期値として保存しておく。 Therefore, in the power conversion device according to the embodiment of the present invention, control unit 14 measures in advance voltage V0 and voltage V2 when each switching element is in a normal state, and stores these voltage values as initial values, for example. deep.

具体的には、期間ＴＥ１〜ＴＥ４において、保存している電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差をスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が故障していない正常状態の初期値として扱い、この初期値と新たに測定した電圧Ｖ０と電圧Ｖ２との差とを比較し、比較結果に基づいて故障スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障検出を行なう。すなわち、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の少なくともいずれか１つをオフした状態におけるキャパシタＣ０の両端電圧およびキャパシタＣ２の両端電圧、または各両端電圧の差を初期値として保存する。そして、制御部１４は、この初期値と、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の少なくともいずれか１つをオフした状態において新たに検出されたキャパシタＣ０の両端電圧およびキャパシタＣ２の両端電圧の差とを比較し、比較結果に基づいてスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障を検出する。たとえば、制御部１４は、キャパシタＣ０の両端電圧およびキャパシタＣ２の両端電圧の差が初期値からプラスマイナス数ミリボルトの範囲内にあればスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４は正常であると判定し、当該範囲外にあればスイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４は異常であると判定する。 Specifically, in the period TE1 to TE4, the difference between the stored voltage V0 and the voltage V2 is treated as an initial value in a normal state in which the switch elements Z1 to Z4 are not broken, and this initial value and a new measurement are performed. The difference between the voltage V0 and the voltage V2 is compared, and failure detection of the failure switch elements Z1 to Z4 is performed based on the comparison result. That is, the control unit 14 stores the voltage between both ends of the capacitor C0 and the voltage between both ends of the capacitor C2 in the state where at least one of the switch elements Z1 to Z4 is turned off, or the difference between the voltages between both ends as an initial value. Then, the control unit 14 compares the initial value with the difference between the voltage across the capacitor C0 and the voltage across the capacitor C2 that is newly detected in a state where at least one of the switch elements Z1 to Z4 is turned off. The failure of the switch elements Z1 to Z4 is detected based on the comparison result. For example, the control unit 14 determines that the switching elements Z1 to Z4 are normal if the difference between the voltage across the capacitor C0 and the voltage across the capacitor C2 is within a range of plus or minus several millivolts from the initial value. If it exists, it will determine with the switch elements Z1-Z4 being abnormal.

なお、２つのキャパシタの両端電圧をそれぞれ初期値として保存する場合には、故障検出時に、これらの初期値の差を算出し、算出した差と、新たに検出された２つのキャパシタの両端電圧の差とを比較すればよい。 When the voltage across the two capacitors is stored as the initial value, the difference between these initial values is calculated when a failure is detected, and the difference between the calculated difference and the voltage across the two newly detected capacitors is calculated. Compare with the difference.

このような構成により、故障判定基準をフォトカプラの特性バラツキに応じて調整することが可能となるため、フォトカプラの特性バラツキ等によって故障検出精度が劣化することを防ぐことができる。 With such a configuration, it is possible to adjust the failure determination reference according to the characteristic variation of the photocoupler, so that it is possible to prevent the failure detection accuracy from being deteriorated due to the characteristic variation of the photocoupler.

また、スイッチ素子の故障検出処理は、前述のように期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す通常動作モードにおいて行ってもよいが、キャパシタの充放電時間すなわち期間Ｔ１または期間Ｔ３の期間を長くした故障検出モードを設け、この故障検出モードにおいて故障検出処理を行ってもよい。すなわち、制御部１４は、故障検出モードにおいて、通常動作モードと比べて期間Ｔ１および期間Ｔ３をそれぞれ長く設定し、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４の故障を検出するための期間ＴＥ１〜ＴＥ４を期間Ｔ１〜期間Ｔ４の各期間の間、および期間Ｔ１〜期間Ｔ４の中の少なくともいずれか１つのタイミングにおいて設ける。 Further, the switch element failure detection processing may be performed in the normal operation mode in which the periods T1 to T4 are repeated as described above, but the failure detection mode in which the charge / discharge time of the capacitor, that is, the period T1 or the period T3 is extended. The failure detection process may be performed in the failure detection mode. That is, in the failure detection mode, the control unit 14 sets the periods T1 and T3 to be longer than those in the normal operation mode, and sets the periods TE1 to TE4 for detecting the failure of the switch elements Z1 to Z4 to the period T1. To each period of the period T4 and at least one timing in the period T1 to the period T4.

これにより、測定対象となる２つのキャパシタを十分に充放電してこれらの両端電圧の差を大きくできるため、電力伝達用絶縁回路１０１における入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２のスイッチング周波数が高い場合でも、故障検出精度を高めることができる。 As a result, the two capacitors to be measured can be sufficiently charged / discharged to increase the difference between the voltages at both ends, so that the switching frequency of the input switch unit 21 and the output switch unit 22 in the power transmission insulating circuit 101 is high. However, the failure detection accuracy can be increased.

また、上記故障検出モードは、通常動作モードの途中に制御部１４が自動的に実行してもよいし、ユーザによる任意のタイミングで実行されてもよい。すなわち、制御部１４は、期間Ｔ１〜期間Ｔ４の各期間の間、期間Ｔ１〜期間Ｔ４の中の少なくともいずれか１つにおける所定のタイミングにおいてスイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４の故障を検出することが可能である。また、制御部１４は、電力伝達用絶縁回路１０１の外部からの指令タイミングを受け付け、当該指令タイミングにおいてスイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４の故障を検出することが可能である。 The failure detection mode may be automatically executed by the control unit 14 during the normal operation mode, or may be executed at an arbitrary timing by the user. That is, the control unit 14 can detect a failure of the switch element Z1 to the switch element Z4 at a predetermined timing in at least one of the periods T1 to T4 during the periods T1 to T4. Is possible. Further, the control unit 14 can receive a command timing from the outside of the power transmission insulating circuit 101, and can detect a failure of the switch element Z1 to the switch element Z4 at the command timing.

ここで、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の各々の基準電位が異なることから、制御部１４から共通の電位の制御信号を供給すると、各スイッチ素子が所望の動作を行なわなくなる場合がある。このような問題は、比較的大きい電力を入出力する電力変換装置、たとえばＥＶおよびプラグイン方式のＨＶ等の駆動用の主電池を充電する電力変換装置において、特に解決されることが好ましい。 Here, since the reference potentials of the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4 are different, if a control signal having a common potential is supplied from the control unit 14, each switch element may not perform a desired operation. Such a problem is preferably solved particularly in a power conversion device that inputs and outputs relatively large power, for example, a power conversion device that charges a driving main battery such as an EV and a plug-in type HV.

そこで、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部１４とスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４との間を電気的に絶縁しながら、制御信号の伝達を行なう。すなわち、制御部１４は、自己とスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４との間を絶縁しながら、制御信号をスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４へそれぞれ出力することにより、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４のスイッチングを制御する。 Therefore, in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention, the control signal is transmitted while electrically insulating between the control unit 14 and the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4. That is, the control unit 14 outputs a control signal to the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4 while insulating the self and the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4. , Z3 and Z4 are controlled.

このような構成により、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４のスイッチング制御を安定して行なうことができる。 With such a configuration, switching control of the switching elements Z1, Z2, Z3, Z4 can be stably performed.

図５は、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における制御部の構成の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a control unit in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention.

図５を参照して、制御部１４は、信号源３１と、パルストランス３２とを含む。制御部１４において、信号源３１およびパルストランス３２は、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４に対応してたとえば４組設けられる。以下、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の各々をスイッチ素子Ｚと称する場合がある。また、スイッチ素子ＺはたとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。 Referring to FIG. 5, control unit 14 includes a signal source 31 and a pulse transformer 32. In the control unit 14, for example, four sets of signal sources 31 and pulse transformers 32 are provided corresponding to the switch elements Z1 to Z4. Hereinafter, each of the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4 may be referred to as a switch element Z. The switch element Z is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の各々に対応して設けられた複数のパルストランス３２を含み、対応のパルストランス３２を介して制御信号をスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４へそれぞれ出力する。 The control unit 14 includes a plurality of pulse transformers 32 provided corresponding to each of the switch elements Z1, Z2, Z3, Z4, and the control signal is transmitted to the switch elements Z1, Z2, Z3, via the corresponding pulse transformer 32. Output to Z4.

制御部１４において、信号源３１は、スイッチ素子Ｚへ出力するための制御信号を生成し、パルストランス３２へ出力する。 In the control unit 14, the signal source 31 generates a control signal for output to the switch element Z and outputs the control signal to the pulse transformer 32.

パルストランス３２は、信号源３１およびスイッチ素子Ｚ間を絶縁しながら、信号源３１から受けた制御信号をゲート抵抗Ｒ経由でスイッチ素子Ｚのゲートへ伝達する。 The pulse transformer 32 transmits the control signal received from the signal source 31 to the gate of the switch element Z via the gate resistor R while insulating between the signal source 31 and the switch element Z.

ここで、信号源３１およびパルストランス３２間、ならびにパルストランス３２およびスイッチ素子Ｚ間には、たとえば図示しない信号変換回路が設けられる。 Here, for example, a signal conversion circuit (not shown) is provided between the signal source 31 and the pulse transformer 32 and between the pulse transformer 32 and the switch element Z.

このように、電力伝達用絶縁回路１０１では、制御信号の絶縁伝達手段としてパルストランスを用いることが可能である。しかしながら、前述のようにキャパシタの充放電時間すなわち期間Ｔ１または期間Ｔ３の期間を長くした故障検出モードを設ける場合には、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４のスイッチング周波数が低くなるため、パルストランスを用いることは好ましくない。 Thus, in the power transmission insulating circuit 101, it is possible to use a pulse transformer as an insulating transmission means for the control signal. However, when the failure detection mode in which the charge / discharge time of the capacitor, that is, the period T1 or the period T3 is extended as described above, the switching frequency of the switch element Z1 to the switch element Z4 is lowered, and therefore a pulse transformer is used. That is not preferable.

これは、パルストランスを低い周波数において使用する場合には、大きなインダクタンスが必要となり、その結果パルストランスのターン数が増大し、体積が大きくなってしまうからである。 This is because when the pulse transformer is used at a low frequency, a large inductance is required, resulting in an increase in the number of turns of the pulse transformer and an increase in volume.

また、パルストランスでは、制御信号のデューティ比が５０％から離れるほど、１次側および２次側の磁束のバランスが悪くなり、コアが飽和してしまう場合がある。このため、パルストランス自体の設計が困難となり、また、電力変換装置２０１の入出力電圧の選択に制限が生じてしまう場合がある。 In the pulse transformer, as the duty ratio of the control signal goes away from 50%, the balance between the primary and secondary magnetic fluxes becomes worse, and the core may be saturated. This makes it difficult to design the pulse transformer itself, and may limit the selection of input / output voltages of the power converter 201.

図６は、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における制御部の構成の一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a control unit in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention.

図６を参照して、制御部１４は、信号源３１と、フォトカプラ３３とを含む。制御部１４において、信号源３１およびフォトカプラ３３は、たとえばスイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４に対応して４組設けられる。 Referring to FIG. 6, control unit 14 includes a signal source 31 and a photocoupler 33. In the control unit 14, for example, four sets of signal sources 31 and photocouplers 33 are provided corresponding to the switch elements Z1 to Z4.

制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の各々に対応して設けられた複数のフォトカプラ３３を含み、対応のフォトカプラ３３を介して制御信号をスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４へそれぞれ出力する。 The control unit 14 includes a plurality of photocouplers 33 provided corresponding to each of the switch elements Z1, Z2, Z3, and Z4, and sends a control signal to the switch elements Z1, Z2, Z3, and the like via the corresponding photocouplers 33. Output to Z4.

制御部１４において、信号源３１は、スイッチ素子Ｚへ出力するための制御信号を生成し、フォトカプラ３３へ出力する。 In the control unit 14, the signal source 31 generates a control signal for output to the switch element Z and outputs the control signal to the photocoupler 33.

フォトカプラ３３は、信号源３１およびスイッチ素子Ｚ間を絶縁しながら、信号源３１から受けた制御信号をゲート抵抗Ｒ経由でスイッチ素子Ｚのゲートへ伝達する。 The photocoupler 33 transmits the control signal received from the signal source 31 to the gate of the switch element Z via the gate resistor R while insulating between the signal source 31 and the switch element Z.

より詳細には、信号源３１から出力された制御信号に応じた量の電流がフォトカプラ３３の発光素子を通して流れ、この電流量がフォトカプラ３３の受光素子に伝達される。すなわち、信号源３１から出力された制御信号に応じた量の電流がフォトカプラ３３における受光素子を通して流れる。これにより、信号源３１およびスイッチ素子Ｚ間を絶縁しながら、制御信号のレベルに応じた大きさの電圧がスイッチ素子Ｚのゲートへ伝達される。 More specifically, an amount of current corresponding to the control signal output from the signal source 31 flows through the light emitting element of the photocoupler 33, and this amount of current is transmitted to the light receiving element of the photocoupler 33. That is, an amount of current corresponding to the control signal output from the signal source 31 flows through the light receiving element in the photocoupler 33. As a result, a voltage having a magnitude corresponding to the level of the control signal is transmitted to the gate of the switch element Z while insulating between the signal source 31 and the switch element Z.

また、信号源３１およびフォトカプラ３３間、ならびにフォトカプラ３３およびスイッチ素子Ｚ間には、たとえば図示しない信号変換回路が設けられる。 Further, for example, a signal conversion circuit (not shown) is provided between the signal source 31 and the photocoupler 33 and between the photocoupler 33 and the switch element Z.

ここで、フォトカプラは、幅広い周波数の信号を伝達可能であり、パルストランスと異なり、低い周波数の信号に対しても体積が大きくなる等のデメリットがない。したがって、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、フォトカプラを用いて制御信号を伝達する構成により、キャパシタの充放電時間を長くした故障検出モードを設ける場合でも、パルストランスを用いる構成と比べて、電力伝達用絶縁回路１０１の小型化を図ることができる。 Here, the photocoupler can transmit a wide range of frequency signals, and unlike a pulse transformer, there is no demerit such as an increase in volume even for low frequency signals. Therefore, in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention, the pulse transformer is used even in the case of providing the failure detection mode in which the charge / discharge time of the capacitor is extended by the configuration in which the control signal is transmitted using the photocoupler. Compared with the configuration, the power transmission insulating circuit 101 can be downsized.

また、フォトカプラは、制御信号のデューティ比に関わらず、安定して信号伝達を行なうことが可能であるため、電力変換装置２０１の入出力電圧の選択における自由度を高めることができる。 Further, since the photocoupler can stably transmit a signal regardless of the duty ratio of the control signal, the degree of freedom in selecting the input / output voltage of the power converter 201 can be increased.

ところで、特許文献１に記載の電源装置用絶縁回路は、各スイッチ回路におけるスイッチ素子が故障して短絡した場合において、入力側および出力側間の絶縁が確保できないという問題に対処するための構成を備えていない。 By the way, the insulation circuit for a power supply device described in Patent Document 1 has a configuration for dealing with the problem that insulation between the input side and the output side cannot be ensured when a switch element in each switch circuit fails and is short-circuited. Not prepared.

これに対して、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部１４は、出力電圧検出部１０によって検出されたキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０と出力電圧検出部１２によって検出されたキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいて、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。 On the other hand, in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention, the control unit 14 is detected by the both-end voltage V0 of the capacitor C0 detected by the output voltage detection unit 10 and the output voltage detection unit 12. A failure of the switch element Z1 to the switch element Z4 is detected based on a difference from the voltage V2 across the capacitor C2.

このような構成により、各スイッチ素子の短絡故障を検出し、ユーザ等が必要な処置を講ずることにより、電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間の短絡による不具合を防ぐことが可能となる。 With such a configuration, it is possible to prevent a malfunction due to a short circuit between the input side and the output side of the insulating circuit 101 for power transmission by detecting a short circuit failure of each switch element and taking necessary measures. Become.

ここで、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の故障を検出する構成としては、各スイッチ素子の両端電圧を監視する構成が考えられる。しかしながら、通常、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４の両端電圧はレベルが小さく、フォトリレー等の高価な部品を用いる必要があり、コストが増大してしまう。 Here, as a configuration for detecting a failure of the switch elements Z1 to Z4, a configuration for monitoring the voltage between both ends of each switch element is conceivable. However, normally, the voltage across the switching elements Z1 to Z4 has a low level, and it is necessary to use expensive parts such as a photorelay, which increases the cost.

これに対して、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、スイッチ素子の両端電圧と比べてレベルの大きいキャパシタの両端電圧を監視する構成である。このため、出力電圧検出部１０，１２において安価なフォトカプラを用いることが可能となり、コストを低減することが可能となる。 On the other hand, the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention is configured to monitor the voltage across the capacitor having a higher level than the voltage across the switch element. For this reason, it is possible to use an inexpensive photocoupler in the output voltage detection units 10 and 12, and it is possible to reduce the cost.

したがって、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 Therefore, in the power transmission isolation circuit according to the embodiment of the present invention, in the circuit that transmits power while insulating the input side and the output side, the circuit is detected by detecting a failure of the switch element with a low-cost configuration. Reliability can be improved.

さらに、電力伝達用絶縁回路１０１のような電気回路では、回路動作を検証する目的等のために、入力電圧の測定部および出力電圧の測定部が設けられていることが多く、これらの測定電圧は一般的に精度が高い。本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、故障検出用に別途測定部を設けることなく、入力電圧の測定部すなわち出力電圧検出部１０、および出力電圧の測定部すなわち出力電圧検出部１２をそのまま流用することができるため、低コストな構成でスイッチ素子の故障を検出することが可能となる。 Furthermore, in an electric circuit such as the power transmission insulating circuit 101, an input voltage measuring unit and an output voltage measuring unit are often provided for the purpose of verifying circuit operation, and the like. Is generally highly accurate. In the insulation circuit for power transmission according to the embodiment of the present invention, an input voltage measurement unit, that is, an output voltage detection unit 10, and an output voltage measurement unit, that is, an output voltage detection unit, without providing a separate measurement unit for detecting a failure. Since 12 can be used as it is, it is possible to detect a failure of the switch element with a low-cost configuration.

また、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１ないしスイッチ素子Ｚ４のうちのいずれかを故障検出対象スイッチ素子として選択する。制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子をオフする。そして、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が含まれる入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における他方のスイッチ素子と、故障検出対象スイッチ素子が含まれない入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における各スイッチ素子とをオンする。そして、制御部１４は、この状態において検出したキャパシタの両端電圧に基づいて故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。このような構成により、故障検出対象スイッチ素子の短絡故障を適切に検出することができる。 In the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention, the control unit 14 selects any one of the switch elements Z1 to Z4 as the failure detection target switch element. The control unit 14 turns off the failure detection target switch element. Then, the control unit 14 includes the other switch element in the input switch unit 21 or the output switch unit 22 including the failure detection target switch element, and the input switch unit 21 or the output switch unit 22 that does not include the failure detection target switch element. Each switch element is turned on. And the control part 14 detects a failure of the failure detection object switch element based on the both-ends voltage of the capacitor detected in this state. With such a configuration, it is possible to appropriately detect a short circuit failure of the failure detection target switch element.

また、キャパシタＣ０により、整流部１０２によって整流された電力が平滑化されるが、整流部１０２によって整流された電力を平滑化するためのキャパシタが整流部１０２に設けられる場合には、電力伝達用絶縁回路１０１においてキャパシタＣ０を設けない構成が可能となる。ただし、キャパシタＣ０を設けることにより、電力伝達用絶縁回路１０１への入力電流のリップルを防ぎ、回路動作の安定化を図るという効果が得られる。 Further, the power rectified by the rectifying unit 102 is smoothed by the capacitor C0. However, when the capacitor for smoothing the power rectified by the rectifying unit 102 is provided in the rectifying unit 102, the power transmission A configuration in which the capacitor C0 is not provided in the insulating circuit 101 is possible. However, the provision of the capacitor C0 provides the effect of preventing the ripple of the input current to the power transmission insulating circuit 101 and stabilizing the circuit operation.

また、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、キャパシタＣ０〜Ｃ２を備える構成であるとしたが、キャパシタに限らず、コイル（インダクタ）等の他の蓄電素子を備える構成であってもよい。 In addition, the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention is configured to include the capacitors C0 to C2, but is not limited to the capacitor, and is configured to include other power storage elements such as a coil (inductor). May be.

また、本発明の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部１４は、期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す構成であるとしたが、これに限定するものではない。期間Ｔ２およびＴ４は理想的には設ける必要はなく、制御部１４が期間Ｔ１およびＴ３を順番に繰り返す構成であればよい。 Further, in the power transmission insulating circuit according to the embodiment of the present invention, the control unit 14 is configured to repeat the periods T1 to T4. However, the present invention is not limited to this. The periods T2 and T4 do not need to be ideally provided that the control unit 14 may repeat the periods T1 and T3 in order.

上記実施の形態は、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、上記説明ではなく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。 The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１０，１２出力電圧検出部
１４制御部
２１入力スイッチ部
２２出力スイッチ部
３１信号源
３２パルストランス
３３フォトカプラ
１０１電力伝達用絶縁回路
１０２整流部
２０１電力変換装置
２０２交流電源
２０３負荷
Ｃ０〜Ｃ２キャパシタ
Ｘ１フォトカプラ
Ｒゲート抵抗
Ｒ１入力抵抗
Ｒ２出力抵抗
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４スイッチ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 12 Output voltage detection part 14 Control part 21 Input switch part 22 Output switch part 31 Signal source 32 Pulse transformer 33 Photocoupler 101 Insulation circuit for electric power transmission 102 Rectifier part 201 Power converter 202 AC power supply 203 Load C0-C2 Capacitor X1 Photocoupler R Gate resistance R1 Input resistance R2 Output resistance Z1, Z2, Z3, Z4 Switch element

Claims

第１端および第２端を有する第１の蓄電素子と、
第１端および第２端を有する第２の蓄電素子と、
第１端、および前記第１の蓄電素子の第１端と電気的に接続された第２端を有する第１のスイッチ素子、ならびに第１端、および前記第１の蓄電素子の第２端と電気的に接続された第２端を有する第２のスイッチ素子を含み、前記第１のスイッチ素子の第１端および前記第２のスイッチ素子の第１端において受けた電力を前記第１の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、
前記第１の蓄電素子の第１端と前記第２の蓄電素子の第１端との間に接続された第３のスイッチ素子および前記第１の蓄電素子の第２端と前記第２の蓄電素子の第２端との間に接続された第４のスイッチ素子を含み、前記第１の蓄電素子に蓄えられた電力を前記第２の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、
前記第１のスイッチ素子の第１端および前記第２のスイッチ素子の第１端間の電圧である入力電圧を検出するための第１の電圧検出部と、
前記第２の蓄電素子の両端電圧を検出するための第２の電圧検出部と、
前記第１の電圧検出部によって検出された前記入力電圧と前記第２の電圧検出部によって検出された前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出するための制御部とを備える、電力伝達用絶縁回路。 A first power storage element having a first end and a second end;
A second power storage element having a first end and a second end;
A first switch element having a first end and a second end electrically connected to the first end of the first power storage element; a first end; and a second end of the first power storage element; A second switch element having a second end electrically connected thereto, wherein the first power storage receives power received at the first end of the first switch element and the first end of the second switch element. An input switch unit for supplying to the element;
A third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element, and a second end of the first power storage element and the second power storage An output switch unit including a fourth switch element connected between the second end of the element and supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element;
A first voltage detector for detecting an input voltage that is a voltage between a first end of the first switch element and a first end of the second switch element;
A second voltage detector for detecting a voltage across the second power storage element;
Based on the difference between the input voltage detected by the first voltage detector and the voltage across the second power storage element detected by the second voltage detector, the first switch element or the A power transmission insulation circuit comprising: a control unit for detecting a failure of the fourth switch element.

前記制御部は、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子のうちのいずれかを故障検出対象スイッチ素子として選択し、前記故障検出対象スイッチ素子をオフし、前記故障検出対象スイッチ素子が含まれる前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における他方の前記スイッチ素子と、前記故障検出対象スイッチ素子が含まれない前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における各前記スイッチ素子とをオンした状態において、前記第１の電圧検出部によって検出された前記入力電圧と前記第２の電圧検出部によって検出された前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、前記故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する、請求項１に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit selects any one of the first switch element to the fourth switch element as a failure detection target switch element, turns off the failure detection target switch element, and the failure detection target switch element In the state where the other switch element in the included input switch unit or the output switch unit and each switch element in the input switch unit or the output switch unit that does not include the failure detection target switch element is turned on, Based on the difference between the input voltage detected by the first voltage detection unit and the voltage across the second storage element detected by the second voltage detection unit, the failure of the failure detection target switch element The insulation circuit for power transmission according to claim 1, wherein:

前記制御部は、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の少なくともいずれか１つをオフした状態における前記入力電圧および前記第２の蓄電素子の両端電圧、または前記入力電圧および前記両端電圧の差を初期値として保存し、前記初期値と、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の少なくともいずれか１つをオフした状態において新たに検出された前記入力電圧および前記第２の蓄電素子の両端電圧の差とを比較し、比較結果に基づいて前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１または２に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit is configured to turn off the input voltage and the both-end voltage of the second storage element, or the input voltage and the both-ends when at least one of the first to fourth switch elements is turned off. The voltage difference is stored as an initial value, and the initial value and the input voltage newly detected in a state where at least one of the first switch element to the fourth switch element is turned off and the first voltage 3. The power transmission insulation according to claim 1, wherein a comparison is made between a voltage difference between two power storage elements and a failure of the first switch element to the fourth switch element is detected based on a comparison result. circuit.

前記制御部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子および前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第２の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンする第３の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子および前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第４の期間とをこの順番で繰り返し、
前記制御部は、前記第４の期間において前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit; and the switch elements and output switches in the input switch unit A second period for turning off the switch elements in the input section, a third period for turning off the switch elements in the input switch section and turning on the switch elements in the output switch section, and the input switch And the fourth period of turning off each switch element in the output switch section and the switch element in the output switch section in this order,
4. The power transmission insulating circuit according to claim 1, wherein the control unit detects a failure of the first switch element to the fourth switch element in the fourth period. 5.

前記電力伝達用絶縁回路は、通常動作モードおよび故障検出モードを有し、
前記制御部は、前記通常動作モードにおいて、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンする第２の期間とを順番に繰り返し、
前記制御部は、前記故障検出モードにおいて、前記第１の期間および前記第２の期間を実行し、前記通常動作モードと比べて前記第１の期間および前記第２の期間をそれぞれ長く設定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The power transmission isolation circuit has a normal operation mode and a failure detection mode,
In the normal operation mode, the control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit, and the respective units in the input switch unit. A second period in which the switch elements are turned off and the switch elements in the output switch section are turned on in turn,
The control unit executes the first period and the second period in the failure detection mode, and sets the first period and the second period longer than the normal operation mode, The insulation circuit for electric power transmission of any one of Claim 1 to 3.

前記制御部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第１の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンする第２の期間とを順番に繰り返し、
前記制御部は、所定のタイミングにおいて前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出することが可能であり、かつ前記電力伝達用絶縁回路の外部からの指令に基づくタイミングにおいて前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出することが可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit, and turns off the switch elements in the input switch unit. And a second period of turning on each of the switch elements in the output switch section in order,
The control unit is capable of detecting a failure of the first switch element to the fourth switch element at a predetermined timing, and at a timing based on a command from the outside of the power transmission insulating circuit. The insulation circuit for power transmission according to any one of claims 1 to 3, wherein a failure of the first switch element to the fourth switch element can be detected.

前記制御部は、自己と前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子との間を絶縁しながら、制御信号を前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子へそれぞれ出力することにより、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit outputs a control signal to the first switch element to the fourth switch element, respectively, while insulating between itself and the first switch element to the fourth switch element. The insulating circuit for power transmission according to any one of claims 1 to 6, wherein switching of the first switch element to the fourth switch element is controlled.

前記制御部は、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の各々に対応して設けられた複数のフォトカプラを含み、対応の前記フォトカプラを介して前記制御信号を前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子へそれぞれ出力する、請求項７に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit includes a plurality of photocouplers provided corresponding to each of the first switch element to the fourth switch element, and sends the control signal to the first switch element via the corresponding photocoupler. The insulating circuit for power transmission according to claim 7, wherein the circuit is output to each of the switch element and the fourth switch element.

前記電力伝達用絶縁回路は、さらに、
前記第１のスイッチ素子の第１端と前記第２のスイッチ素子の第１端との間に接続された第３の蓄電素子を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The power transmission insulating circuit further includes:
The electric power according to any one of claims 1 to 8, further comprising a third power storage element connected between a first end of the first switch element and a first end of the second switch element. Transmission insulation circuit.

交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電力変換装置であって、
受けた交流電力を整流するための整流部と、
前記整流部および前記負荷間を絶縁しながら、前記整流部によって整流された電力を前記負荷に伝達するための電力伝達用絶縁回路とを備え、
前記電力伝達用絶縁回路は、
第１端および第２端を有する第１の蓄電素子と、
第１端および第２端を有する第２の蓄電素子と、
前記整流部と前記第１の蓄電素子の第１端との間に接続された第１のスイッチ素子、および前記整流部と前記第１の蓄電素子の第２端との間に接続された第２のスイッチ素子を含み、前記整流部によって整流された電力を前記第１の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、
前記第１の蓄電素子の第１端と前記第２の蓄電素子の第１端との間に接続された第３のスイッチ素子、および前記第１の蓄電素子の第２端と前記第２の蓄電素子の第２端との間に接続された第４のスイッチ素子を含み、前記第１の蓄電素子に蓄えられた電力を前記第２の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、
前記第１のスイッチ素子の第１端および前記第２のスイッチ素子の第１端間の電圧である入力電圧を検出するための第１の電圧検出部と、
前記第２の蓄電素子の両端電圧を検出するための第２の電圧検出部と、
前記第１の電圧検出部によって検出された前記入力電圧と前記第２の電圧検出部によって検出された前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて、前記第１のスイッチ素子ないし前記第４のスイッチ素子の故障を検出するための制御部とを含む、電力変換装置。

A power conversion device for converting AC power to DC power and supplying it to a load,
A rectifying unit for rectifying the received AC power;
A power transmission insulating circuit for transmitting the power rectified by the rectifying unit to the load while insulating between the rectifying unit and the load;
The power transmission insulating circuit is:
A first power storage element having a first end and a second end;
A second power storage element having a first end and a second end;
A first switch element connected between the rectifier and the first end of the first power storage element, and a first switch element connected between the rectifier and the second end of the first power storage element. An input switch unit for supplying power rectified by the rectifying unit to the first power storage device,
A third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element; and a second end of the first power storage element and the second An output switch unit including a fourth switch element connected between the second end of the power storage element and supplying the power stored in the first power storage element to the second power storage element;
A first voltage detector for detecting an input voltage that is a voltage between a first end of the first switch element and a first end of the second switch element;
A second voltage detector for detecting a voltage across the second power storage element;
Based on the difference between the input voltage detected by the first voltage detector and the voltage across the second power storage element detected by the second voltage detector, the first switch element or the And a control unit for detecting a failure of the fourth switch element.