JP5314100B2

JP5314100B2 - 電源装置

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Publication number: JP5314100B2
Application number: JP2011184433A
Authority: JP
Inventors: 徹醍醐; 伸浩木原; 直樹糸井; 満夫曽根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: DE102012201325A1; JP2013046541A; US20130051100A1; US8670258B2

Description

この発明は、入力電圧を変圧し、安定な電圧を出力する電源装置、特に、多相チョッパを有する電源装置に関するものである。

この種の電源装置として、特許文献１には、共通の入力電源から供給される入力電流をそれぞれにＯＮ／ＯＦＦ制御する複数のスイッチング回路と、各スイッチング回路にてそれぞれにＯＮ／ＯＦＦ制御された電流を合成および平滑して負荷へ供給する平滑回路と、上記複数のスイッチング回路を互いに同一周期かつ異なる位相でＯＮ／ＯＦＦ動作させるとともに上記平滑回路の出力電圧が所定の目標値となるように各スイッチング回路のＯＮ時間幅をフィードバック制御する多相ＰＷＭ制御回路を有するスイッチング制御方式のＤＣ−ＤＣコンバータが示されている。
この電源装置においては、機器の状況を制御するマイコンからの指示より、上記スイッチング回路を構成するスイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、変圧を行う。

特開２００２−４４９４１号公報

上述した電源装置においては、多相構成とすることで出力リップルを低減させると共に、１相あたりの電流量を減らしているが、ある１相のスイッチ素子(例えばＭＯＳＦＥＴ)がオープン破壊となった場合、そのスイッチ素子が接続されている相には電流が流れないため、残りの相へ流れる電流量が増加し、スイッチ素子に耐電流を超えた電流が流れ続けてしまうと、スイッチ素子が焼損し、最悪の場合、火災が発生する。
また、火災に至らない場合でも、全ての相が故障してしまうと、電源装置は出力することできないという場合がある。
自動車などでは、発電機を介し、電源装置を用いてバッテリを充電する場合があるため、電源装置が出力できないと、バッテリが充電できず、自動車が停止してしまうということが問題となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する多相チョッパのうち、１相以上のチョッパ部が故障した場合でも、残りの相のチョッパ部で動作できる電源装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係わる電源装置は、発電機と、前記発電機から出力された交流電圧を整流して得た直流電圧が設定された許容範囲を超えたときに前記発電機を制御する発電制御手段を含む発電装置、前記発電装置の出力側に並列接続された複数相のチョッパ部を含み、各相チョッパ部がスイッチング駆動されるスイッチ素子と、前記スイッチ素子の出力端に接続された整流素子と、前記スイッチ素子と前記整流素子により変圧された電圧を平滑するリアクトルとを有し、各相チョッパ部のスイッチ素子を異なる位相でスイッチ駆動し、前記発電装置からの直流電圧を所定の出力電圧に変換する多相チョッパ、前記多相チョッパの出力電流を検出する電流検出器、前記多相チョッパの出力電圧を平滑する平滑コンデンサ、及び前記各相チョッパ部における前記スイッチ素子のデューティ比を前記出力電圧と設定された目標電圧から演算し、演算したデューティ比に基づき前記スイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチ制御手段、及び前記電流検出器で検出された電流に基づき前記各相チョッパ部における前記スイッチ素子の故障を検出する故障判定手段を備え、前記故障判定手段は、前記各相チョッパ部のスイッチ素子に対する前記制御信号の立下りエッジまたは立上りエッジのタイミングで、前記電流検出器により検出された電流値を取得し、取得した各電流値が異なれば故障と判断して故障信号を生成すると共に、前記発電制御手段又は前記スイッチ制御手段は、前記故障信号にもとづき、故障していない前記各相チョッパ部の耐電流を超えないように制御するものである。

この発明によれば、多相チョッパを構成する各相チョッパ部のスイッチ素子の故障を容易かつ確実に判定できると共に、故障信号にもとづき故障していない各相チョッパ部の耐電流を越えないように制御することで、ある１相のスイッチ素子がオープン破壊となった場合でも、残りの相で、動作が可能な電源装置が得られる。
また、この発明によれば、電流検出器が１つで故障検出が行えるため、小型の電源装置が得られる。

この発明の実施の形態１における電源装置の構成を示すブロック回路図である。実施の形態１におけるスイッチ制御手段の動作を示すフローチャートである。実施の形態１における多相チョッパ故障前の時間に対する電流を示す図である。実施の形態１における第２相チョッパ部故障後の時間に対する電流を示す図である。実施の形態１における故障判定手段の動作を示すフローチャートである。実施の形態１における発電装置の具体例を示す回路図である。実施の形態１における発電装置の最大出力電流に対する出力電圧の設定例を示す図である。この発明の実施の形態２の電源装置における多相チョッパの構成を示すブロック図である。実施の形態２における多相チョッパ故障前の時間に対する電流を示す図である。実施の形態２における第２相チョッパ部故障後の時間に対する電流を示す図である。この発明の実施の形態３における電源装置の構成を示すブロック回路図である。実施の形態３におけるスイッチ制御手段の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電源装置の構成を示すブロック図である。
図において、電源装置は、発電機１１と、発電機１１から出力された交流電圧を整流器１２において整流して得た直流電圧が設定電圧の許容範囲を超えたときに発電機１１を制御する発電制御手段１３とを備えた発電装置１、発電装置１の出力側に接続された入力端子２に接続されスイッチング駆動されるスイッチ素子３１１と、陽極側が接地され陰極側がスイッチ素子３１１の出力端に接続された整流素子３１３と、スイッチ素子３１１の出力端に接続され、スイッチ素子３１１と整流素子３１３により変圧された入力電圧を平滑するリアクトル３１２から構成される第１相チョッパ部３１と、第１相チョッパ部３１と同様の構成をした、スイッチ素子３２１と整流素子３２３とリアクトル３２２から構成される第２相チョッパ部３２を含む多相チョッパ３、多相チョッパ３の出力側に設けられリアクトル電流を検出する電流検出器５、電流検出器５の出力側と接地間に接続され多相チョッパ３の出力を平滑する平滑コンデンサ６、スイッチ素子３１１およびスイッチ素子３２１を制御するスイッチ制御手段４、電流検出器５から出力される電流値から多相チョッパ３のうちの故障した相を判定する故障判定手段８から構成される。

スイッチ制御手段４は、入力端子２に入力される入力電圧と、出力端子７に出力される出力電圧を用いて、スイッチ素子３１１およびスイッチ素子３２１のデューティ（ＤＵＴＹ）比を演算して、スイッチ素子３１１およびスイッチ素子３２１を制御する。
また、スイッチ制御手段４はスイッチ素子３１１を制御する信号と位相が１８０°位相がずれるようにスイッチ素子３２１の制御信号を出力し、スイッチ素子３２１の制御を行う。
スイッチ制御手段４がスイッチ素子３１１をＯＮしたとき、リアクトル３１２に電流が流れ、スイッチ制御手段４がスイッチ素子３１１をＯＦＦしたとき、リアクトル３１２の逆起電力により、整流素子３１３からリアクトル３１２に向けて電流が流れ、平滑コンデンサ６により、出力端子７に出力が得られる。
スイッチ素子３１１のＯＮ時間が長いほど、出力電圧は入力電圧に近づき、スイッチ素子３１１のＯＮ時間が短いほど、出力電圧は入力電圧より低くなる。
スイッチ素子３１１のＯＮ／ＯＦＦのタイミングは、スイッチ素子３１１のＯＮ／ＯＦＦの周波数であるスイッチング周波数と、スイッチ素子３１１のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率であるデューティ比（デューティ比＝ＯＮ時間／周期）によって決定される。

スイッチ素子３１１のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御するスイッチ制御手段４の動作について以下に説明を行う。
図２は実施の形態１の電源装置におけるスイッチ制御手段の動作を示すフローチャートである。
スイッチ制御手段４は、電源投入直後、入力端子１より非安定化電圧(発電装置１のから
出力される直流電圧)として入力された入力電圧を、デューティ比Ｄ１の演算を行うため
に取得し、取得した入力電圧と目標とする出力電圧(設定された目標電圧)とを用いて、デューティ比Ｄ１（＝目標電圧／入力電圧）の演算を行う(ステップＳ４１，Ｓ４２)。
なお、初回（又は初期）のデューティ比Ｄ１は入力電圧と目標電圧を用いて行う演算を示したが、所望のデューティ比を与えて、演算を行ってもよい。
次に、ステップＳ４２で演算されたデューティ比Ｄ１を用いて、スイッチ制御手段４は制御信号を出力し、スイッチ素子３１１を制御する（ステップＳ４３）。
そして、このスイッチ素子３１１を制御するスイッチ制御手段４が出力する信号が立下るタイミングで、故障判定手段８に信号を送信する（ステップＳ４４）。
最後にスイッチ制御手段４は、出力端子７より取得した出力電圧と目標電圧を用いて、デューティ比Ｄ２を前回デューティ比Ｄ１×出力電圧／目標電圧として演算し、デューティ比を更新する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。
また、スイッチ制御手段４はスイッチ素子３１１と並行して、スイッチ素子３１１と同様にスイッチ素子３２１の制御を行う。
このとき、スイッチ制御手段４はスイッチ素子３１１を制御する信号と位相が１８０°位相がずれるようにスイッチ素子３２１の制御信号を出力し、スイッチ素子３２１の制御を行う。
ステップＳ４３〜Ｓ４６を繰り返し行うことで、安定した電圧を供給できる。

次に、上述した電源装置において故障判定を行うための基本的な現象について説明を行う。
まず、故障前と故障後のスイッチ素子３１１とスイッチ素子３２１のＯＮ／ＯＦＦのタイ
ミングと電流について説明を行う。仮に、スイッチ素子３２１がオープン破壊した場合を想定する。
図３はスイッチ素子３２１が故障前の時間に対する電流変化を示したものである。
ＩＬ１はリアクトル３１２に流れる第１相チョッパ部３１の出力電流、ＩＬ２はリアクトル３２２に流れる第２相チョッパ部３２の出力電流、ＩＬは出力電流ＩＬ１と出力電流ＩＬ２を足し合わせたリアクトル電流、Ｖｇｓ１はスイッチ素子３１１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号、Ｖｇｓ２はスイッチ素子３２１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号である。
スイッチ素子３１１，３２１のＯＮ時間に合わせ、出力電流ＩＬ１とＩＬ２が上昇していく。
このとき、必ず、リアクトル電流ＩＬのピークは制御信号Ｖｇｓ１およびＶｇｓ２の立下りエッジのタイミングとなるため、制御信号Ｖｇｓ１およびＶｇｓ２の立下りエッジのタイミングで検出される電流は一致する。

図４はスイッチ素子３２１が故障後の時間に対する電流変化を示したものである。
リアクトル電流ＩＬは出力電流ＩＬ１と出力電流ＩＬ２を足し合わせた電流であるため、故障時によって出力電流ＩＬ２はゼロとなり、リアクトル電流ＩＬは出力電流ＩＬ１と一致する。
また、出力端子７に接続させる負荷が同じならば、同じ負荷電流を必要とするため、リアクトル電流ＩＬの平均電流は故障前と故障後とも同じであるため、出力電流ＩＬ１の値は上昇する。
そして、制御信号Ｖｇｓ１の立下りエッジのタイミングでは出力電流ＩＬのピークとなるが、制御信号Ｖｇｓ２の立下りエッジのタイミングでは制御信号Ｖｇｓ１と位相が異なっているため、出力電流ＩＬのピーク以外となる。
従って、制御信号Ｖｇｓ１およびＶｇｓ２の立下りエッジのタイミングで検出される電流は、一致しない。

続いて、故障判定手段８の動作について以下に説明を行う。
図５は実施の形態１の電源装置における故障判定手段８の動作を示すフローチャートである。
故障判定手段８は、スイッチ制御手段４が送信する制御信号Ｖｇｓ１またはＶｇｓ２の立下りエッジの信号を受信する(ステップＳ８１)。
このタイミングにおいて、電流検出器５の出力(リアクトル電流ＩＬの電流値)を取得する(ステップＳ８２)。
この取得した順に相数分以上の電流値を記録する(ステップ８３)。
記録した電流値のうち、相数分の電流値を比較する(ステップ８４)。
ここで、故障が発生していない場合、電流値を比較した結果として記録した電流値が全て同じ電流値となる。
この場合、故障判定手段８は、故障なしと判定し、再び、スイッチ制御手段４が送信する制御信号Ｖｇｓ１またはＶｇｓ２の立下りエッジの信号を受信するため待機する。
故障が発生している場合、電流値を比較した結果は記録した電流値のうち１つ以上が、他の記録した電流値と異なる値を示す。
この場合、故障判定手段８は、故障と判定し、発電制御手段１３に故障したことを知らせる故障信号を送信する。
故障信号の送信後、再び、スイッチ制御手段４が送信する制御信号Ｖｇｓ１またはＶｇｓ２の立下りエッジの信号を受信するため待機する(ステップＳ８５、Ｓ８６、Ｓ８７)。

更に、発電装置１の電流制限方法について説明を行う。
発電装置１は故障信号を受け取った場合、スイッチ素子３１１の許容電流まで電流量を制限させる。
まず、発電装置１の動作について説明を行う。
図６は実施の形態１のおける電源装置の発電装置１の具体例を示す図である。具体例として発電装置１はオルタネータを示している。
図において、発電機１１は、逆流防止用ダイオード１１１、フィールドコイル１１２、３相発電機１１３から構成され、入力端子２への出力電圧はフィールドコイル１１２に流れる界磁電流で制御される。
発電制御手段１３は発電機１１から出力させる交流電圧を整流する整流器１２に出力された直流電圧を、コンパレータ１３２の反転入力端子に入力し、設定電圧１３３をコンパレータ１３２の非反転入力端子に入力する。
コンパレータ１３２は非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも高ければ、出力を行い、コンパレータ１３２は非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも低ければ、出力を行わない。
従って、発電装置１の出力電圧が設定電圧１３３より下まわると、コンパレータ１３２が出力を行い、ＭＯＳＦＥＴ１３１を動作させ、バッテリ１４よりフィールドコイル１１２へ界磁電流を流し、設定電圧１３３になるように制御する。

次に、発電装置１の最大出力電流と出力電圧について説明を行う。
図７は実施の形態１のおける発電装置１の最大出力電流に対する出力電圧の設定例を示す図である。横軸は最大出力電流を示し、縦軸は出力電圧を示す。
例えば、負荷が２０Ａ、設定電圧１３３を１２Ｖで出力されているとき、負荷を２０Ａから３０Ａに変化させた場合、最大出力電流２０Ａのラインでは、出力電圧１０Ｖとなる。このとき、フィールドコイル１１２に界磁電流を流すことで出力電圧が上昇し、設定電圧１３３となる。

スイッチ素子３２１が故障し、故障信号を受信したときの発電制御手段１３について説明を行う。
故障前の発電装置１の出力電圧を１２Ｖ、負荷３０Ａ、スイッチ素子３１１およびスイッチ素子３２１の許容電流を２０Ａとしたとき、故障前は負荷が３０Ａでもスイッチ素子１個あたりに流れる電流は１５Ａであるため、問題ないが、故障後はスイッチ素子３１１へ流れる電流は３０Ａとなりスイッチ素子３１１の許容電流２０Ａをオーバーしているため、発電制御手段１３の設定電圧１３３を１０Ｖとすることで、発電装置１からの出力電流を２０Ａまでに抑えることができる。
なお、オルタネータの場合、上記のように設定電圧を制御することで出力電流を制限できるが、回転発電機装置の場合、回転数を制限させ、電流を制限する方法もある。

このように、実施の形態１による電源装置は、発電機１１と、発電機１１から出力された交流電圧を整流して得た直流電圧が設定された許容範囲を超えたときに発電機１１を制御する発電制御手段１３を含む発電装置１、発電装置１の出力側に並列接続された複数相のチョッパ部３１，３２を含み、各相チョッパ部３１，３２がスイッチング駆動されるスイッチ素子３１１，３２１と、スイッチ素子３１１，３２１の出力端に接続された整流素子３１３，３２３と、スイッチ素子３１１，３２１と整流素子３１３，３２３により変圧された電圧を平滑するリアクトル３１２，３２３とを有し、各相チョッパ部３１，３２のスイッチ素子３１１，３２１を異なる位相でスイッチ駆動し、発電装置１からの直流電圧を所定の出力電圧に変換する多相チョッパ３、多相チョッパ３の出力電流を検出する電流検出器５、多相チョッパ３の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ６、及び各相チョッパ部３１，３２におけるスイッチ素子３１１，３２１のデューティ比を出力電圧と設定された目標電圧から演算し、演算したデューティ比に基づきスイッチ素子３１１，３２１をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチ制御手段４、及び電流検出器５で検出された電流に基づき各相チョッパ部３１，３２におけるスイッチ素子３１１，３２１の故障を検出する故障判定手段８を備え、故障判定手段８は、各相チョッパ部３１，３２のスイッ
チ素子３１１，３２１に対する制御信号の立下りエッジのタイミングで、電流検出器５により検出された電流値を取得し、取得した各電流値が異なれば故障と判断して故障信号を発電制御手段１３に送信し、発電制御手段１３は、故障信号を受信したとき、故障していない各相チョッパ部３１，３２の耐電流を超えないように発電機１１の出力電流を制限するものである。

このように構成したことにより、スイッチ素子３１１，３２１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号の立下りエッジのタイミングで検出した電流値を比較し、他相と異なる電流値を取得した場合、故障と判断し、発電装置１の出力電流をスイッチ素子３１１，３２１の許容電流よりも小さくすることで、スイッチ素子３１１，３２１がオープン破壊となった場合でも、全てのスイッチ素子を破壊し、全く充電できない状態を回避できる電源装置が得られる。
また、故障していない相の立下りエッジで必ず、多相チョッパ３の出力電流はピークとなるため、故障判定手段８で取得した電流値を比較した結果において、低い電流値を示した相を故障と判定することができる効果もある。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２の電源装置における多相チョッパを３相のチョッパ部で構成した例を示すブロック図で、実施の形態１の第１相チョッパ部３１、第２相チョッパ部２３に加え、これらと同等の構成を有する第３相チョッパ部３３を含むようにしたものである。
この場合、スイッチ制御手段４は各相チョッパ部３１，３２，３３のスイッチ素子３１１，３２１，３３１（図示せず）に対して位相が１２０°ずれた制御信号を出力する。

故障前と故障後における各相チョッパ部３１，３２，３３のスイッチ素子の制御信号と電流について説明を行う。仮に、第２相チョッパ部３２のスイッチ素子３２１がオープン破壊した場合を想定する。
図９はスイッチ素子３２１が故障する前の時間に対する電流を示したものである。
ＩＬは電流検出器５へ流れる第１相チョッパ部３１の出力電流ＩＬ１と、第２相チョッパ部３２の出力電流ＩＬ２と、第３相チョッパ部３３の出力電流ＩＬ３を足し合わせたリアクトル電流、Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２およびＶｇｓ３は第１相チョッパ部３１、第２相チョッパ部３２、及び第３相チョッパ部３３のスイッチ素子を制御する制御信号である。
３相構成の多相チョッパ３においても、リアクトル電流ＩＬのピークは制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２およびＶｇｓ３の立下りエッジのタイミングとなるため、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２およびＶｇｓ３の立下りエッジのタイミングで検出される電流は一致する。

図１０は第２相チョッパ部３２のスイッチ素子３２１が故障した後の時間に対する電流を示したものである。
リアクトル電流ＩＬは出力電流ＩＬ１、ＩＬ２およびＩＬ３を足し合わせた電流であるため、故障によって出力電流ＩＬ２は０Ａとなり、リアクトル電流ＩＬは出力電流ＩＬ１とＩＬ３を足し合わせた値となる。
そして、制御信号Ｖｇｓ１の立下りエッジのタイミング、制御信号Ｖｇｓ２の立下りエッジのタイミングおよび制御信号Ｖｇｓ３の立下りエッジのタイミングでは、位相が異なっているため、各立下りエッジのタイミングで検出される電流は、一致しない。

故障判定手段８は、各立下りエッジで取得した電流値が異なった場合、故障信号を送るため、実施の形態１と同様の制御を行うことができる。
また、発電装置１の電流制限量は実施の形態１と同様、スイッチ素子３１１の許容電流とする。

このように実施の形態２によれば、多相チョッパ３が３相の場合においても、各相チョッパ部３１，３２，３３を構成するスイッチ素子に対する各制御信号の立下りエッジのタイミングで検出した電流値を比較し、他相と異なる電流値を取得した場合、故障と判断し、発電装置１の出力電流をスイッチ素子の許容電流よりも小さくすることで、スイッチ素子がオープン破壊となった場合でも、全てのスイッチ素子を破壊し、全く充電できない状態を回避できる電源装置が得られる。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３における電源装置の構成を示すブロック図である。
故障判定手段８は故障信号をスイッチ制御手段４に送信すると共に、スイッチ制御手段４は故障信号を受信したとき、電流検出器５より検出されたリアクトル電流ＩＬの電流値を取得し、故障していない各相チョッパ部の耐電流を超えないようにスイッチ素子のデューティ比を調整するように構成されている。
図１２は実施の形態３の電源装置におけるスイッチ制御手段の動作を示すフローチャートである。
スイッチ素子の故障前は実施の形態１と同様に、図５に示したステップＳ８１〜Ｓ８７を行う。
ここで、スイッチ素子の故障時、故障判定手段８は図５においてステップＳ８５が終了後、故障信号をスイッチ制御手段４に送信する。
故障信号を受信したスイッチ制御手段４は、電流検出器５よりリアクトル電流ＩＬの電流値を取得する(ステップＳ４０１)。
次に取得した電流値とスイッチ素子３１１の許容電流を比較する(ステップＳ４０２)。このとき、取得した電流値を制限するため、スイッチ素子３１１の許容電流＜取得した電流値となった場合、デューティ比Ｄ１を小さくし、電流の上昇を抑える(Ｓ４０３)。
スイッチ素子３１１の許容電流＞取得した電流値ならば、通常通り、デューティ比Ｄ２を計算する(ステップＳ４０４，Ｓ４０５)。
演算されたデューティ比Ｄ２で各スイッチ素子を制御し、立下りエッジを送信する(ステ
ップＳ４０６，Ｓ４０７)。
ステップＳ４０１〜Ｓ４０７を繰り返すことで、電流を制限できる。

このように、実施の形態３によれば、故障判定手段８で故障を判断し、スイッチ素子の故障時、電流検出器５の出力で得られる電流値がスイッチ素子の許容電流と超えないように、スイッチ素子のデューティ比を制限して制御することで、スイッチ素子がオープン破壊となった場合でも、全てのスイッチ素子を破壊し、全く充電できない状態を回避できる電源装置が得られる。

なお、上記各実施の形態では制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２，Ｖｇｓ３の立下りエッジを利用していたが、スイッチ素子の故障前のすべての立上りエッジにおいて、リアクトル電流ＩＬは最小値を得るため、故障判定手段８が取得するリアクトル電流ＩＬの電流値は全て同じとなり、スイッチ素子が故障した場合、立下りエッジと同様、各相で制御信号の位相が異なるため、故障判定手段８が取得する電流値が異なる。従って、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２，Ｖｇｓ３の立上りエッジで制御を行うことも可能である。

また、上記各実施の形態では、電流を制限し、各相チョッパ部におけるスイッチ素子の故障を防ぐだけだが、スイッチ素子が故障したときに、応答性などをよくするための制御を行ってもよい。
例えば、ＰI制御では、電流、電圧のＰゲイン、Iゲインをスイッチ素子が故障した場合と故障していない場合に分けて設定を行うことで、応答性を調整できる。
ＰI制御は周知の技術だが、以下に説明を行う。
電源装置において、(目標電圧(設定電圧)-出力電圧)×(ＰＶ+IＶ)と計算される目標電流
を用いて、デューティ比を(目標電流-出力電流)×(ＰI+II)と計算する。
ここで、ＰＶは電圧Ｐゲイン、IＶは電圧Iゲイン、ＰIは電流Ｐゲイン、IIは電流Iゲインである。
例えば、目標電圧を１０Ｖ、出力電圧を０Ｖ、目標電流を１０Ａ、出力電流を０Ａ、ＰI
を０．１、IIを０とする。
このとき、チョッパ部が１相の場合でも、２相の場合でも初回のデューティ比は５０%と
計算できる。
電流の上昇量Irは入力電圧Ｖin、出力電圧Ｖout、リアクトルの容量Ｌ、デューティ比Ｄ
、スイッチング周波数ｆsw、を用いて式（１）に従い計算できる。
従って、１相の場合でも、２相の場合でも初回の電流上昇量は同じである。
２相の場合、制御信号の位相が１８０°ずれているため、第１相がＯＦＦのときでの第２相がＯＮとなる。
１相では１周期の５０%の時間電流が上昇し、残り周期５０%で電流が減少するが、２相の場合、第１相が周期の５０%電流が減少している間、第２相の電流が上昇する。
従って、上記の例では１相と２相ではＰIが同じならば、２相より、１相の場合の方が電
流供給の能力が低いため、電源装置に接続される機器への充電が遅くなり、応答性が遅くなる。
ゲインを調整することで、応答性を向上することができる。

なお、上記各実施の形態では、各相チョッパ部におけるスイッチ素子の故障状態はオープン破壊としたが、発電装置１の出力側である入力端子２とそれぞれのスイッチ素子との間にヒューズなどの遮断器を挿入接続することで、ショート破壊となった場合、ショート破壊した相が過電流により遮断され、オープン破壊と同じ状態となる。従ってショート破壊の場合でも本発明は適用できる。

また、上記各実施の形態において、スイッチ制御手段４はマイコンとゲートドライバＩＣなどを組み合わせることで実現でき、電流検出器５はシャント抵抗とアンプを組み合わせたものや、ホール式電流検出ＩＣなどを用いることで実現できる。
また、スイッチ素子として、ＭＯＳＦＥＴを例にあげたが、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子でも制御を行えるため、必ずしもこれに限るものではない。
さらに、例えば整流素子３１３，３２３としてダイオードを例にあげたが、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子により整流を行うことができるため、必ずしもこれに限るものではない。

１発電装置、１１発電機、１２整流器、１３発電制御手段、１４バッテリ
２入力端子
３多相チョッパ、３１，３２，３３各相チョッパ、３１１，３２１スイッチ素子、３１２，３２２リアクトル、３１３，３２３整流素子
４スイッチ制御手段
５電流検出器
６平滑コンデンサ
７出力端子
８故障判定手段

Claims

発電機と、前記発電機から出力された交流電圧を整流して得た直流電圧が設定された許容範囲を超えたときに前記発電機を制御する発電制御手段を含む発電装置、
前記発電装置の出力側に並列接続された複数相のチョッパ部を含み、各相チョッパ部がスイッチング駆動されるスイッチ素子と、前記スイッチ素子の出力端に接続された整流素子と、前記スイッチ素子と前記整流素子により変圧された電圧を平滑するリアクトルとを有し、各相チョッパ部のスイッチ素子を異なる位相でスイッチ駆動し、前記発電装置からの直流電圧を所定の出力電圧に変換する多相チョッパ、
前記多相チョッパの出力電流を検出する電流検出器、
前記多相チョッパの出力電圧を平滑する平滑コンデンサ、
及び前記各相チョッパ部における前記スイッチ素子のデューティ比を前記出力電圧と設定された目標電圧から演算し、演算したデューティ比に基づき前記スイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するスイッチ制御手段、
及び前記電流検出器で検出された電流に基づき前記各相チョッパ部における前記スイッチ素子の故障を検出する故障判定手段を備え、
前記故障判定手段は、前記各相チョッパ部のスイッチ素子に対する前記制御信号の立下りエッジまたは立上りエッジのタイミングで、前記電流検出器により検出された電流値を取得し、取得した各電流値が異なれば故障と判断して故障信号を生成すると共に、
前記発電制御手段又は前記スイッチ制御手段は、前記故障信号にもとづき、故障していない前記各相チョッパ部の耐電流を超えないように制御することを特徴とする電源装置。
前記故障判定手段は、前記故障信号を前記発電制御手段に送信し、前記発電制御手段は、前記故障信号を受信したとき、故障していない前記各相チョッパ部の耐電流を超えないように前記発電機の出力電流を制限することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記多相チョッパは、３個以上の前記各相チョッパ部を含むことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
前記故障判定手段は、前記故障信号を前記スイッチ制御手段に送信し、前記スイッチ制御手段は、故障していない前記各相チョッパ部の耐電流を超えないように前記スイッチ素子のデューティ比を調整することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記故障判定手段が故障と判断した場合、前記各相チョッパ部のスイッチ素子に対する制御パラメータを変更し、応答性を変化させることを特徴とした請求項１乃至４のいずれか一つに記載の電源装置。
前記発電装置の出力側と前記各相チョッパ部のスイッチ素子との間にそれぞれ遮断器を接続し、前記スイッチ素子がショート破壊となった場合、前記遮断器を駆動させ、オープン破壊と同じ状態にすることを特徴とした請求項１乃至５のいずれか一つに記載の電源装置。