JP6497565B2 - Dcdcコンバータ - Google Patents
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Description
入力側導電路と出力側導電路との間に配置される複数の電圧変換部を備え、各々の前記電圧変換部が、前記入力側導電路に接続される個別入力路と、駆動用のスイッチ素子のオンオフ動作により前記個別入力路に入力された電圧を変換する変換動作部と、前記変換動作部によって変換された電圧の出力経路となる個別出力路とを有し、且つ各々の前記電圧変換部において前記個別入力路又は前記個別出力路の少なくともいずれかの個別導電路に、当該個別導電路を通電状態と非通電状態とに切り替える保護用のスイッチ素子が設けられた構成をなす多相変換部と、
前記電圧変換部毎又は前記電圧変換部の組毎に、前記保護用のスイッチ素子をオフ動作させた状態で電圧変換動作を行わせる制御部と、
前記制御部が前記電圧変換部毎又は前記電圧変換部の組毎に前記保護用のスイッチ素子をオフ動作させた状態で行わせる電圧変換動作に基づいて、前記多相変換部を構成する複数の前記電圧変換部の中から前記保護用のスイッチ素子が異常である変換部又は前記保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組を特定する異常特定部と、
を含む。
以下、本発明を具体化した実施例1について説明する。
図1で示すDCDCコンバータ1は、例えば、車載用の降圧型DCDCコンバータとして構成されており、入力側導電路71に印加された直流電圧を降圧して出力側導電路72に出力する構成をなすものである。
DCDCコンバータ1には、出力側導電路72を流れる電流を検出するための電流検出経路80が構成されている。この電流検出経路80は、出力側導電路72を流れる電流を公知の方法で検出する経路であり、制御部2は、この電流検出経路80を介して入力された値によって出力側導電路72を流れる電流の値を把握している。なお、図1では、電流検出経路80を簡略的に示しているが、電流検出経路80における具体的な電流検出回路は、公知の様々な電流検出回路を用いることができ、出力側導電路72を流れる電流の値Ioを制御部2が把握できる構成であればよい。
図1で示すように、制御部2には、図示しないイグニッションスイッチからのイグニッション信号が入力されるようになっている。イグニッションスイッチがオン状態であるときにはオン状態を示すイグニッション信号(オン信号)が制御部2に入力され、イグニッションスイッチがオフ状態であるときにはオフ状態を示すイグニッション信号(オフ信号)が制御部2に入力されるようになっている。そして、制御部2は、イグニッション信号がオフ信号からオン信号に切り替わる毎に図2で示す検査処理を行う。具体的には、イグニッション信号がオフ信号からオン信号に切り替わった後、入力側導電路71に接続された図示しない発電機が動作する前に、一次側電源部61から供給される電力を利用して図2の検査処理を行うようにしてもよい。或いは、イグニッション信号がオフ信号からオン信号に切り替わった後、入力側導電路71に接続された図示しない発電機が動作した後に、図2の検査処理を行うようにしてもよい。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上述した実施例における一次側電源部61や二次側電源部62の具体例はあくまで一例であり、蓄電手段の種類や発生電圧は上述した例に限定されず、様々に変更することができる。
(2)図1の例では、入力側導電路や出力側導電路に接続される発電機や負荷などは省略して示したが、様々な装置や電子部品を入力側導電路や出力側導電路に接続することができる。
(3)実施例1では、ローサイド側にスイッチ素子6A,6Bを設けた構成を例示したが、これらの素子をダイオードに変更した構成であってもよい。
(4)図1で示す制御部2は、出力側導電路72を流れる電流の向きが多相変換部4側から二次側電源部62側に向かう第1の向きであるか、二次側電源部62側から多相変換部4側へ向かう第2の向きであるかを判定し得る構成であってもよい。そして、制御部2は、出力側導電路72を流れる電流の向きが上述した「第2の向き」であることを検出した場合(即ち、電流方向が逆流状態であると判定した場合)に、保護用のスイッチ素子24A,24Bをいずれもオフ状態に切り替える構成であってもよい。或いは、制御部2は、出力側導電路72を流れる電流の向きが上述した「第2の向き」であることを検出した場合、全ての電圧変換部4A,4Bの動作を一旦停止させた後、各々の変換部を個別に動作させて異常が生じている変換部を特定する構成であってもよい。そして、異常が生じている変換部が特定された場合、その変換部を除いた残余の変換部のみに電圧変換動作を行わせるように動作を再開する構成であってもよい。
(5)実施例1では、2つの電圧変換部4A,4Bが並列に接続された2相構造のDCDCコンバータ1を例示したが、3以上の電圧変換部が並列に接続された3相以上の構造であってもよい。例えば、図3のような4層構造のDCDCコンバータ201であってもよい。図3のDCDCコンバータ201は、電圧変換部4A,4Bに加えて、電圧変換部4C,4Dを並列に設けた点が図1のDCDCコンバータ1と異なっており、それ以外は、図1のDCDCコンバータ1と同様である。電圧変換部4C,4Dの各々は、電圧変換部4A,4Bの各々と同一の構成となっている。
(6)実施例1では、多相変換部4の動作中に異常が発生した場合、停止制御部に相当する制御部2が全ての電圧変換部の動作を停止した後、駆動異常特定部に相当する制御部2が多相変換部4を構成する複数の電圧変換部の中から、異常である変換部を特定していたが、駆動異常特定部に相当する制御部2は、異常である変換部を含む組を特定する構成であってもよい。以下では、その一例を示す。
例えば、図3のようなDCDCコンバータ201では、出力側導電路72に上述した過電流又は過電圧のいずれかが生じた場合、即ち、上述したように、Io>It又はVo>Vtのいずれかの状態が生じている場合、停止制御部に相当する制御部2が、一旦全ての電圧変換部4A,4B,4C,4Dの動作を停止し、その後、制御部2によって異常範囲の特定処理を行うことになる。制御部2は、この特定処理の際に、まず、電圧変換部4A,4Bの組に電圧変換動作を行わせるとともに電圧変換部4C,4Dの組の電圧変換動作を停止させる第1制御を行う。この第1制御の際に、出力側導電路72において過電流又は過電圧が発生した場合、即ち、Io>It又はVo>Vtのいずれかの状態が生じている場合、電圧変換部4A,4Bの組が、「異常である変換部を含む組」として特定される。逆に、第1制御の際に、出力側導電路72において過電流及び過電圧が発生しなかった場合、電圧変換部4A,4Bの組が、「正常である変換部のみの組」として特定される。
そして、第1制御の後には、電圧変換部4A,4Bの組の電圧変換動作を停止させるとともに電圧変換部4C,4Dの組の電圧変換動作を行わせる第2制御を行う。この第2制御の際に、出力側導電路72において過電流又は過電圧が発生した場合、即ち、Io>It又はVo>Vtのいずれかの状態が生じている場合、電圧変換部4C,4Dの組が、「異常である変換部を含む組」として特定される。逆に、第2制御の際に、出力側導電路72において過電流及び過電圧が発生しなかった場合、電圧変換部4C,4Dの組が、「正常である変換部のみの組」として特定される。制御部2は、このようにして「異常である変換部を含む組」を特定した後、「異常である変換部を含む組」を除いた残余の変換部に電圧変換動作を行わせるように多相変換部4の電圧変換動作を再開する。
この構成では、制御部2が駆動異常特定部の一例に相当し、停止制御部によって全ての電圧変換部の動作が停止された後、多相変換部4を構成する複数の電圧変換部4A,4B,4C,4Dの中から、「異常である変換部を含む組」を特定するように機能する。そして、制御部2は、動作制御部の一例に相当し、駆動異常特定部によって「異常である変換部を含む組」が特定された場合に、多相変換部4を構成する複数の電圧変換部4A,4B,4C,4Dのうち、駆動異常特定部によって特定された「異常である変換部を含む組」を除いた残余の変換部に電圧変換動作を行わせるように機能する。
(7)実施例1では、図2の検査処理において「保護用のスイッチ素子が異常である変換部」を特定していたが、「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」を特定するようにしてもよい。具体的には、以下のように検査処理を行うことができる。
例えば、図3のようなDCDCコンバータ201の検査処理を行う場合、まず、第1の検査動作を行う。この第1の検査動作では、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bにおいて入力側の保護用のスイッチ素子(図1で示すスイッチ素子20A,20Bと同様の素子)をいずれもオフ動作させ、出力側の保護用のスイッチ素子(図1で示すスイッチ素子24A,24Bと同様の素子)をいずれもオン動作させた状態で電圧変換部4A,4Bの電圧変換動作を行う。このときの電圧変換部4A,4Bの電圧変換動作は、仮に全ての保護用のスイッチ素子(図1で示すスイッチ素子20A,20B,24A,24Bと同様の素子)がいずれも導通していた場合に、出力側導電路72に対して二次側電源部62の出力電圧(例えば12V)よりも高い電圧V1(例えば14V)が出力されるデューティ比で行う。なお、3相目、4相目の電圧変換部4C,4Dは、動作を停止させておき、これらの保護用のスイッチ素子も全てオフ状態としておく。このように電圧変換動作を行っている最中に出力側導電路72の電圧が閾値電圧V2以上となる場合、電圧変換部4A,4Bのいずれかの入力側の保護用のスイッチ素子がショート故障であると判定する。なお、閾値電圧V2は、二次側電源部62からの出力電圧(例えば12V)よりも大きく、上述の電圧V1(仮に電圧変換部4A,4Bの保護用のスイッチ素子がいずれも導通していた場合に、上述の電圧変換動作において出力側導電路72に対して出力されるべき電圧)よりも小さい値である。
次いで、第2の検査動作を行う。この第2の検査動作では、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bにおいて入力側の保護用のスイッチ素子をいずれもオン動作させ、出力側の保護用のスイッチ素子をいずれもオフ動作させた状態で電圧変換部4A,4Bの電圧変換動作を行う。なお、3相目、4相目の電圧変換部4C,4Dは、動作を停止させておき、これらの保護用のスイッチ素子も全てオフ状態としておく。第2の検査動作でのデューティ比の設定は第1の検査動作と同様であり、閾値電圧も第1の検査動作と同様である。このように電圧変換動作を行っている最中に出力側導電路72の電圧が閾値電圧V2以上となる場合、電圧変換部4A,4Bのいずれかの出力側の保護用のスイッチ素子がショート故障であると判定する。
次いで、第3の検査動作を行う。この第3の検査動作では、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bにおいて入力側及び出力側の保護用のスイッチ素子を全てオン動作させた状態で電圧変換部4A,4Bの電圧変換動作を行う。なお、3相目、4相目の電圧変換部4C,4Dは、動作を停止させておき、これらの保護用のスイッチ素子も全てオフ状態としておく。第3の検査動作でのデューティ比の設定は第1の検査動作と同様であり、閾値電圧も第1の検査動作と同様である。このように電圧変換動作を行っている最中に出力側導電路72の電圧が閾値電圧未満となる場合、電圧変換部4A,4Bのいずれかの保護用のスイッチ素子がオープン故障であると判定する。
このような判定を行った結果、ショート故障及びオープン故障のいずれかが検出された場合には、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bを「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」と判定し、ショート故障及びオープン故障のいずれも検出されなかった場合には、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bを「正常である変換部の組」と判定する。このような方法により、1相目と2相目の電圧変換部4A,4Bの組が、「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」であるのか、そうでないのかを特定することができる。そして、同様の方法で、3相目と4相目の電圧変換部4C,4Dに対して上述した第1〜第3の検査動作を行えば、3相目と4相目の電圧変換部4C,4Dの組が、「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」であるのか、そうでないのかを特定することができる。この例では、制御部2が、保護異常特定部の一例に相当し、「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」を特定するように機能する。
そして、制御部2は、動作制御部の一例に相当し、保護異常特定部によって「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」が特定された場合に、多相変換部4を構成する複数の電圧変換部4A,4B,4C,4Dのうち、駆動異常特定部によって特定された「保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組」を除いた残余の変換部に電圧変換動作を行わせるように、多相変換部4を動作させる。
(8)実施例1では、イグニッション信号がオフ信号からオン信号に切り替わる毎に、図2で示す検査処理を行う構成であったが、これ以外のタイミングで検査処理を行ってもよい。例えば、多相変換部4の通常動作中に、多相変換部4において過電流、過電圧、逆流、過熱等の異常が発生したタイミングで、図2の検査処理を行ってもよい。
(9)実施例1では、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった場合に、多相変換部4を構成する複数の電圧変換部4A,4Bの全てを検出対象とし、図2のような流れで「保護用のスイッチ素子が異常である変換部」を検出したが、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わる毎に、検出対象の変換部又は検出対象の変換部の組を切り替える構成であってもよい。例えば、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったある時期では、一方の電圧変換部4Aのみを検査対象として、図2のS2〜S11の処理を行い、S4,S7,S10にて異常と判定された場合には、電圧変換部4Aの動作を中止して電圧変換部4Bのみを動作させ、S11にて正常と判定された場合には、電圧変換部4A,4Bの両方を動作させるようにする。
その次に、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった時期では、前回検査を行った電圧変換部4Aを検査対象とせずに電圧変換部4Bのみを検査対象とし、図2のS2〜S11の処理を行うようにする。そして、S4,S7,S10にて異常と判定された場合には、電圧変換部4Bの動作を中止し、前回の検査で電圧変換部4Aが正常であると判定されている場合には電圧変換部4Aを動作させて電圧変換を行う。前回の検査で電圧変換部4Aが異常であると判定されている場合には多相変換部4自体の動作を中止する。逆に、S11にて正常と判定された場合、前回の検査で電圧変換部4Aが正常であると判定されている場合には電圧変換部4A,4Bの両方を動作させる。前回の検査で電圧変換部4Aが異常であると判定されている場合には、電圧変換部4Aの動作の中止を継続して電圧変換部4Bのみを動作させる。
そして、その次に、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった時期では、前回検査を行った電圧変換部4Bを検査対象とせずに電圧変換部4Aのみを検査対象として、図2のS2〜S11の処理を行うようにする。このように、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わる毎に、検査対象となる変換部を代えて「保護用のスイッチ素子が異常である変換部」であるか否かを検査する。
このようにすれば、イグニッションスイッチの1回のオン動作に伴うチェック時間を抑えることができる。また、複数回のイグニッションスイッチのオン動作によって複数の電圧変換部を網羅的にチェックすることができるため、いずれかの電圧変換部が長期間チェックされないような事態を防ぐことができる。
(10)実施例1の構成において、二次側電源部62(蓄電部)が所定の正常状態であることを検出する蓄電状態検出部が設けられていてもよい。蓄電状態検出部は、制御部2によって実現されてもよく、別途バッテリセンサなどを設けてもよい。
例えば、制御部2が蓄電状態検出部として機能する場合、多相変換部4が動作していない時期の出力側導電路72の電圧が所定電圧以上である場合に、二次側電源部62(蓄電部)が所定の正常状態であると判定し、そうでない場合に二次側電源部62(蓄電部)が異常状態であると判定するように構成されていればよい。このような構成では、多相変換部4の通常動作中に過電流又は過電圧が検出された場合、即ち、Io>It又はVo>Vtとなった場合、二次側電源部62(蓄電部)が所定の正常状態であると判定されている場合に限って、多相変換部4における全ての電圧変換部4A,4Bの動作を停止させ、その後に、上述した「異常である変換部」の特定処理を行うようにすればよい。
このように、蓄電部が所定の正常状態であることを条件として多相変換部の全ての電圧変換部の動作を停止させる構成とすれば、多相変換部の動作停止時に蓄電部の異常によって出力側導電路への電力供給が途絶えてしまう事態をより確実に防ぐことができる。
或いは、二次側電源部62(蓄電部)が上述した「所定の正常状態」であると判定された場合に限って、多相変換部4の通常動作が行われるようにしてもよい。このような構成では、多相変換部4の通常動作中に過電流又は過電圧が検出された場合に、多相変換部4における全ての電圧変換部4A,4Bの動作を停止させても、蓄電部から出力側導電路へと電力供給がなされる可能性が高くなる。
2…制御部(保護異常特定部、動作制御部、検出部、停止制御部、駆動異常特定部、蓄電状態検出部、通知部)
4…多相変換部
4A,4B,4C,4D…電圧変換部
5A,5B,6A,6B…駆動用のスイッチ素子
19A,19B…変換動作部
20A,20B…スイッチ素子(保護用のスイッチ素子)
24A,24B…スイッチ素子(保護用のスイッチ素子)
42A,42B,42C,42D…個別入力路(個別導電路)
52A,52B,52C,52D…個別出力路(個別導電路)
62…二次側電源部(蓄電部)
71…入力側導電路
72…出力側導電路
Claims (2)
- 入力側導電路と出力側導電路との間に配置される複数の電圧変換部を備え、各々の前記電圧変換部が、前記入力側導電路に接続される個別入力路と、駆動用のスイッチ素子のオンオフ動作により前記個別入力路に入力された電圧を変換する変換動作部と、前記変換動作部によって変換された電圧の出力経路となる個別出力路とを有し、且つ各々の前記電圧変換部において前記個別入力路又は前記個別出力路の少なくともいずれかの個別導電路に、当該個別導電路を通電状態と非通電状態とに切り替える保護用のスイッチ素子が設けられた構成をなす多相変換部と、
前記電圧変換部毎又は前記電圧変換部の組毎に、前記保護用のスイッチ素子をオフ動作させた状態で電圧変換動作を行わせる制御部と、
前記制御部が前記電圧変換部毎又は前記電圧変換部の組毎に前記保護用のスイッチ素子をオフ動作させた状態で行わせる電圧変換動作に基づいて、前記多相変換部を構成する複数の前記電圧変換部の中から前記保護用のスイッチ素子が異常である変換部又は前記保護用のスイッチ素子が異常である変換部を含む組を特定する異常特定部と、
を含むDCDCコンバータ。 - 前記多相変換部は、各々の前記電圧変換部において前記個別入力路及び前記個別出力路のそれぞれに前記保護用のスイッチ素子が設けられている請求項1に記載のDCDCコンバータ。
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