JPWO2017179200A1 - Car charger - Google Patents
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Abstract
車載用充電器(100)は、スイッチング出力回路(12)を有する直流直流変換部(16)と、スイッチング出力回路(12)による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路(12)における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部(17)とを備え、車両(2)に設けられた駆動用バッテリ(4)の充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路(12)における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行する。 The in-vehicle charger (100) includes a DC / DC converter (16) having a switching output circuit (12), a switching mode for executing an output operation by the switching output circuit (12), and a state in which the output operation is stopped. And a controller (17) capable of switching between failure determination modes for determining whether or not there is a failure in the switching output circuit (12), and starts charging the drive battery (4) provided in the vehicle (2). When operating in the failure determination mode prior to the switching mode, and when it is determined that there is no failure in the switching output circuit (12), the switching mode is entered.
Description
本発明は、車載用充電器に関する。 The present invention relates to an in-vehicle charger.
従来、直流電力を交流電力に変換する変換器、いわゆる「インバータ」が開発されている。インバータには、複数個のスイッチング素子を有しており、これらのスイッチング素子のオンオフにより出力をオンオフする回路、いわゆる「スイッチング出力回路」が用いられている。 Conventionally, converters that convert DC power into AC power, so-called “inverters”, have been developed. The inverter has a plurality of switching elements, and a circuit that turns on and off the output by turning on and off these switching elements, a so-called “switching output circuit” is used.
一般に、スイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じると、スイッチング出力回路に過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、当該他のスイッチング素子の短絡故障、すなわち二次故障が発生する。特許文献1には、インバータにおいて、スイッチング素子に流れる過電流を検出して表示する技術が開示されている。
Generally, when a short circuit failure occurs in any one of a plurality of switching elements included in the switching output circuit, an overcurrent flows in the switching output circuit. Due to this overcurrent, the temperature of the other switching element in which the short circuit failure has not occurred rises, and a short circuit failure of the other switching device, that is, a secondary failure occurs.
EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)又はPHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle)などの電気自動車には、家庭用電源又は専用の充電スタンドなどの外部電源により駆動用バッテリを充電する充電器、いわゆる「OBC(On Board Charger)」が搭載されている。OBCは、直流電力を直流電力に変換する変換器(以下「直流直流変換器」という。)を有している。また、OBCは、外部電源が交流電源である場合、交流電力を直流電力に変換する変換器(以下「交流直流変換器」という。)を有している。 Electric vehicles such as EVs (Electric Vehicles), HEVs (Hybrid Electric Vehicles), and PHEVs (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) are chargers that charge a battery for driving with an external power source such as a household power source or a dedicated charging stand. The so-called “OBC (On Board Charger)” is mounted. The OBC has a converter that converts DC power into DC power (hereinafter referred to as “DC-DC converter”). Moreover, OBC has the converter (henceforth "AC-DC converter") which converts alternating current power into direct-current power, when an external power supply is alternating current power supply.
OBC用の直流直流変換器には、上記インバータと同様のスイッチング出力回路が用いられている。具体的には、例えば、4個のスイッチング素子によるブリッジ回路、いわゆる「フルブリッジ回路」が用いられている。または、例えば、2個のスイッチング素子によるブリッジ回路、いわゆる「ハーフブリッジ回路」が用いられている。OBC用の直流直流変換器には、これらのスイッチング出力回路に流れる過電流を検出する回路が設けられている。 The DC / DC converter for OBC uses a switching output circuit similar to the inverter. Specifically, for example, a bridge circuit including four switching elements, a so-called “full bridge circuit” is used. Alternatively, for example, a bridge circuit including two switching elements, a so-called “half bridge circuit” is used. The DC / DC converter for OBC is provided with a circuit for detecting an overcurrent flowing through these switching output circuits.
OBCは、電気自動車の充電系統における重要な部材であるため、故障を確実に検出することが求められる。他方、OBCは交換費用が高いため、故障の誤検出を防ぐことが求められる。このため、従来のOBCは、直流直流変換器のスイッチング出力回路にて過電流が検出されると、充電動作を一旦停止した後に再開して、過電流が所定回数(例えば3回)連続して検出された場合に直流直流変換器が故障したと判定している。これにより、過電流の発生原因が一過性のものである場合、すなわち直流直流変換器の故障がない場合に故障があると誤判定するのを防ぎ、かつ、過電流の発生原因がスイッチング素子の短絡故障である場合は直流直流変換器が故障したと判定できるようにしている。 Since OBC is an important member in the charging system of an electric vehicle, it is required to reliably detect a failure. On the other hand, since OBC has a high replacement cost, it is required to prevent erroneous detection of a failure. For this reason, in the conventional OBC, when an overcurrent is detected in the switching output circuit of the DC / DC converter, the charging operation is temporarily stopped and then restarted, and the overcurrent continues for a predetermined number of times (for example, three times). If it is detected, it is determined that the DC / DC converter has failed. As a result, when the cause of overcurrent is transient, that is, when there is no failure of the DC / DC converter, it is possible to prevent erroneous determination that there is a failure, and the cause of overcurrent is the switching element. In the case of a short circuit failure, it can be determined that the DC / DC converter has failed.
ここで、OBC用の直流直流変換器は、駆動用バッテリの充電を開始するとき、充電開始直後の充電動作を安定させる観点から、スイッチング出力回路による出力動作のデューティ比の初期値が小さい値(例えば数パーセント)に設定されており、その後、デューティ比の値が次第に大きくなるように設定されている。充電開始後、数十回〜数百回分のオン時間は、個々のオン時間が短いため、仮にスイッチング出力回路に過電流が流れたとしてもこの過電流を検出することができない。 Here, when starting the charging of the driving battery, the DC / DC converter for OBC has a small initial value of the duty ratio of the output operation by the switching output circuit from the viewpoint of stabilizing the charging operation immediately after the start of charging ( For example, it is set to several percent), and thereafter, the value of the duty ratio is set to gradually increase. Since the on-time for several tens of times to several hundreds of times after the start of charging is short, the overcurrent cannot be detected even if an overcurrent flows through the switching output circuit.
すなわち、従来のOBCは、直流直流変換器のスイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じた場合、過電流が所定回数検出されて直流直流変換器が故障したと判定されるまでに時間がかかり、直流直流変換器の故障を早期に発見することができない問題があった。また、当該時間において、直流直流変換器のスイッチング出力回路に、数十回〜数百回に所定回数を乗じた回数分の過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、二次故障が発生する問題があった。 That is, in the conventional OBC, when a short circuit failure occurs in any one of the plurality of switching elements included in the switching output circuit of the DC / DC converter, an overcurrent is detected a predetermined number of times and the DC / DC conversion is performed. It takes time until it is determined that the converter has failed, and there is a problem that a failure of the DC / DC converter cannot be detected at an early stage. Further, during the time, an overcurrent corresponding to the number of times obtained by multiplying the predetermined number of times by several tens to several hundreds of times flows through the switching output circuit of the DC / DC converter. Due to this overcurrent, the temperature of other switching elements in which a short circuit failure has not occurred rises, causing a secondary failure.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載用充電器において、直流直流変換器の故障を早期に発見するとともに、過電流による二次故障の発生を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in a vehicle-mounted charger, a failure of a DC / DC converter is detected at an early stage, and a secondary failure due to an overcurrent is suppressed. For the purpose.
本発明の車載用充電器は、スイッチング出力回路を有する直流直流変換部と、スイッチング出力回路による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部とを備え、車両に設けられた駆動用バッテリの充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行するものである。 The in-vehicle charger of the present invention includes a DC / DC converter having a switching output circuit, a switching mode for executing an output operation by the switching output circuit, and whether or not there is a failure in the switching output circuit in a state where the output operation is stopped. A control unit capable of switching between a failure determination mode for determination, and when charging of a driving battery provided in the vehicle is started, operates in the failure determination mode prior to the switching mode, and the failure in the switching output circuit When it is determined that there is no power, the mode is switched to the switching mode.
本発明の車載用充電器は、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有し、駆動用バッテリの充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。これにより、直流直流変換部の故障を早期に発見するとともに、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。 The in-vehicle charger of the present invention has a failure determination mode that is separate from the switching mode, and operates in the failure determination mode before the switching mode when charging of the driving battery is started. Thereby, while discovering the failure of a direct current direct current conversion part at an early stage, generation | occurrence | production of the secondary failure by overcurrent can be suppressed.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る車載用充電器の要部を示す説明図である。図1を参照して、実施の形態1の車載用充電器100について説明する。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a main part of the in-vehicle charger according to
図中、1は外部電源である。外部電源1は、交流電源により構成されている。具体的には、例えば、外部電源1は、家庭用電源又は専用の充電スタンドにより構成されている。
In the figure, 1 is an external power source. The
車両2は、例えば、EV、HEV又はPHEVなどの電気自動車により構成されている。車両2は、外部電源1と接続自在な充電用端子3を有しており、かつ、駆動用バッテリ4を有している。駆動用バッテリ4は、例えば、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池により構成されている。
The
充電用端子3と駆動用バッテリ4間に、交流直流変換部11が設けられている。交流直流変換部11は、例えば、フルブリッジ回路を用いた交流直流変換器、いわゆる「フルブリッジ型AC/DCコンバータ」により構成されている。
An AC /
交流直流変換部11と駆動用バッテリ4間に、スイッチング出力回路12、変圧回路13、整流回路14及び平滑回路15が順次接続されている。スイッチング出力回路12、変圧回路13、整流回路14及び平滑回路15により、直流直流変換部16が構成されている。また、スイッチング出力回路12用の制御部17が設けられている。
A
スイッチング出力回路12は、例えば、フルブリッジ回路等により構成されている。変圧回路13は、例えば、鉄心に一次巻線と二次巻線とを巻回してなる変圧器により構成されている。整流回路14は、例えば、ダイオードにより構成されている。平滑回路15は、例えば、鉄心に巻線を巻回してなるコイル(L)と、蓄電器(C)とからなるLCフィルタにより構成されている。すなわち、直流直流変換部16は、いわゆる「フルブリッジ型DC/DCコンバータ」により構成されている。制御部17は、例えば、マイクロコントローラ又はDSP(Digital Signal Processor)などのプロセッサにより構成されている。
The
交流直流変換部11、直流直流変換部16及び制御部17により、車載用充電器100の要部が構成されている。車載用充電器100は、車両2に搭載されており、外部電源1を用いて駆動用バッテリ4を充電する充電器、すなわちOBCである。
The AC /
次に、図2を参照して、スイッチング出力回路12及び制御部17について説明する。
フルブリッジ回路21は、4個のスイッチング素子Q1〜Q4により構成されている。個々のスイッチング素子Q1〜Q4は、Nチャネル型のMOSFET(Metal−oxide−semiconductor Field Effect Transistor)により構成されている。Next, the switching
The
駆動回路22は、制御部17から入力された駆動信号に応じて、スイッチング素子Q1〜Q4のゲート端子に所定値(例えば5ボルト)の駆動電圧を供給することにより、スイッチング素子Q1〜Q4をオン状態に設定するものである。また、駆動回路22は、駆動電圧の供給を停止することにより、スイッチング素子Q1〜Q4をオフ状態に設定するものである。
The
電流検出回路23は、フルブリッジ回路21に流れる電流の電流値を検出するものである。電流検出回路23は、例えば、鉄心に一次巻線と二次巻線とを巻回してなる変流器により構成されている。
The
過電流検出回路24は、フルブリッジ回路21に流れる過電流を検出するものである。すなわち、過電流検出回路24には、電流検出回路23により検出された電流値との比較対象となる閾値が予め設定されている。過電流検出回路24は、電流検出回路23により検出された電流値と閾値とを比較する。過電流検出回路24は、電流値が閾値を超えたとき、その旨を示す信号を制御部17に出力するとともに、ゲート遮断信号を駆動回路22に出力する。過電流検出回路24は、例えば、演算増幅器を用いた比較器により構成されている。
The
駆動回路22は、過電流検出回路24からゲート遮断信号を入力された場合、制御部17から駆動信号を入力されているか否かに関わらず、全てのスイッチング素子Q1〜Q4への駆動電圧の供給を停止するようになっている。
When the gate cutoff signal is input from the
フルブリッジ回路21、駆動回路22、電流検出回路23及び過電流検出回路24により、スイッチング出力回路12の要部が構成されている。
The
ここで、直流直流変換部16は、充電開始モード、スイッチングモード、充電停止モード及び故障判定モードの4つの動作モードを有している。
Here, the DC /
充電開始モードは、駆動用バッテリ4の充電を開始する度毎に、最初に設定される動作モードである。充電開始モードにおいて、駆動回路22は、全てのスイッチング素子Q1〜Q4に対する駆動電圧の供給を停止する。
The charging start mode is an operation mode that is initially set every time charging of the driving
スイッチングモードは、スイッチング出力回路12による出力動作(以下、単に「出力動作」ということがある。)を実行して、駆動用バッテリ4を充電する動作モードである。スイッチングモードにおいて、駆動回路22は、フルブリッジ回路21に含まれる4個のスイッチング素子Q1〜Q4のうち、2個のスイッチング素子Q2,Q3と残余のスイッチング素子Q1,Q4とに交互に駆動電圧を供給する。スイッチングモードにおける出力動作の周期は、例えば、13マイクロ秒に設定されている。
The switching mode is an operation mode in which the output operation by the switching output circuit 12 (hereinafter simply referred to as “output operation”) is executed to charge the
スイッチングモードには、出力動作におけるデューティ比の値が次第に大きくなるスロースタートモードと、スロースタートモードから移行してデューティ比の値が一定値である定常スイッチングモードとが含まれている。スロースタートモードにおけるデューティ比は、例えば、下限値(すなわち初期値)が0パーセントよりも大きくかつ10パーセント未満の値に設定されており、上限値(すなわち最終値)が40パーセントよりも大きくかつ50パーセント未満の値に設定されている。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は、スロースタートモードにおける上限値と同等の値に設定されている。 The switching mode includes a slow start mode in which the value of the duty ratio in the output operation is gradually increased, and a steady switching mode in which the value of the duty ratio is a constant value after shifting from the slow start mode. The duty ratio in the slow start mode is set such that the lower limit value (that is, the initial value) is greater than 0 percent and less than 10 percent, and the upper limit value (that is, the final value) is greater than 40 percent and 50%. It is set to a value less than a percentage. The duty ratio in the steady switching mode is set to a value equivalent to the upper limit value in the slow start mode.
充電停止モードは、駆動用バッテリ4の充電を停止する動作モードである。充電停止モードにおいて、駆動回路22は、全てのスイッチング素子Q1〜Q4に対する駆動電圧の供給を停止する。
The charge stop mode is an operation mode in which charging of the
故障判定モードは、出力動作を停止させた状態にて、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定する動作モードである。具体的には、例えば、フルブリッジ回路21に含まれる4個のスイッチング素子Q1〜Q4のうち、高電位側に接続された2個のスイッチング素子Q1,Q3における短絡故障の有無を判定するとともに、低電位側に接続された2個のスイッチング素子Q2,Q4における短絡故障の有無を判定するものである。
The failure determination mode is an operation mode for determining whether or not there is a failure in the switching
すなわち、故障判定モードにおいて、駆動回路22は、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4と高電位側のスイッチング素子Q1,Q3とに交互に1回ずつ駆動電圧を供給する。低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に駆動電圧が供給されたとき、過電流検出回路24が過電流を検出した場合、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定される。高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に駆動電圧が供給されたとき、過電流検出回路24が過電流を検出した場合、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定される。
That is, in the failure determination mode, the
ここで、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Q1〜Q4のオン時間は、スイッチング素子Q1〜Q4のうちのいずれかの短絡故障によりフルブリッジ回路21に過電流が流れた場合に、過電流検出回路24によりこの過電流を検出できる程度に大きい値に設定されている。かつ、当該オン時間は、所定回数(例えば3回)の故障判定モードにおける当該過電流によるスイッチング素子Q1〜Q4の温度上昇値が、予め設定された基準値以下となる程度に小さい値に設定されている。この基準値は、例えば、スイッチング素子Q1〜Q4の耐熱温度の上限値(例えば150度〜175度)から、充電時における車載用充電器100内の環境温度の予測値又は測定値を減算した値である。当該オン時間は、具体的には、例えば、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のオン時間が50ミリ秒に設定されており、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3のオン時間も50ミリ秒に設定されている。
Here, the on-time of each of the switching elements Q1 to Q4 in the failure determination mode is an overcurrent detection circuit when an overcurrent flows through the
動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを設定するものである。駆動信号出力部32は、動作モード設定部31により設定された動作モードに応じたタイミングにて、各々のスイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号を駆動回路22に出力するものである。
The operation
動作モード設定部31は、駆動用バッテリ4の充電を開始するとき、まず、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードに設定し、次いで、故障判定モードに移行する。動作モード設定部31は、故障判定モードにてスイッチング出力回路12における故障がないと判定された場合、スイッチングモードに移行する。
When the operation
異常検出部33は、スイッチングモードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視して、スイッチング出力回路12の異常状態を検出するものである。すなわち、異常状態とは、フルブリッジ回路21に過電流が流れている状態である。
The
動作モード設定部31は、異常検出部33が異常状態を検出したとき、直流直流変換部16の動作モードをスイッチングモードから充電停止モードに移行し、次いで、充電開始モード、故障判定モードに順次移行するようになっている。
When the
故障判定部34は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定するものである。具体的には、例えば、故障判定部34は、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定する。また、故障判定部34は、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定する。
The
動作モード設定部31は、故障判定部34により高電位側のスイッチング素子Q1,Q3又は低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定された場合、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行するようになっている。また、動作モード設定部31は、故障判定部34により高電位側のスイッチング素子Q1,Q3又は低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方について所定回数(例えば3回)連続して短絡故障があると判定された場合、直流直流変換部16の動作モードを充電停止モードに固定して、以後、動作モードを変更しないようになっている。また、このとき、動作モード設定部31は、車載用充電器100が故障したことを示す信号(以下「故障信号」という。)の送信を故障信号送信部35に指示する。
When the
故障信号送信部35は、故障信号を図示しない外部装置に送信するものである。外部装置は、例えば、車両2に設けられた計器盤用の制御装置である。この制御装置は、故障信号を受信すると、計器盤に設けられた警告灯のうち、駆動用バッテリ4の充電系統が故障したことを示す警告灯を点灯させる。
The
動作モード設定部31、駆動信号出力部32、異常検出部33、故障判定部34及び故障信号送信部35により、制御部17の要部が構成されている。
The operation
次に、図3のフローチャートを参照して、制御部17の動作について、動作モード設定部31、異常検出部33、故障判定部34及び故障信号送信部35の動作を中心に説明する。なお、動作モードの固定及び故障信号の送信に係る基準となる故障判定部34による故障判定回数は、3回に設定されている。充電用端子3が外部電源1と接続されたとき、又は図示しない入力装置の操作により駆動用バッテリ4の充電開始を指示されたとき、制御部17はステップST1の処理を開始する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 3, the operation of the
まず、ステップST1にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードに設定する。次いで、ステップST2にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。また、動作モード設定部31は、故障判定モードに移行したことを故障判定部34に通知する。動作モード設定部31は、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に対応する駆動信号が出力されるタイミングと、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に対応する駆動信号が出力されるタイミングとを故障判定部34に通知する。
First, in step ST1, the operation
次いで、ステップST3にて、故障判定部34は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定する。すなわち、故障判定部34は、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に短絡故障が生じているか否かを判定するとともに、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に短絡故障が生じているか否かを判定する。故障判定部34は、判定結果を動作モード設定部31に出力する。
Next, in step ST <b> 3, the
故障判定部34により、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3又は低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定された場合(ステップST3“YES”)、ステップST4にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。
When the
次いで、ステップST5にて、動作モード設定部31は、直近3回のステップST3における故障判定部34の判定結果を参照する。故障判定部34により高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満であり、かつ、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満である場合(ステップST5“NO”)、動作モード設定部31はステップST1に戻り、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードに設定する。
Next, in step ST5, the operation
他方、故障判定部34により、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3又は低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方について、短絡故障が生じていると判定された回数が3回以上である場合(ステップST5“YES”)、ステップST6にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電停止モードに固定する。また、動作モード設定部31は、故障信号の送信を故障信号送信部35に指示する。
On the other hand, the number of times that the
次いで、ステップST7にて、故障信号送信部35は、故障信号を外部装置に送信する。
Next, in step ST7, the
故障判定部34により、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3及び低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちのいずれにも短絡故障が生じていないと判定された場合(ステップST3“NO”)、ステップST11にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。また、動作モード設定部31は、スイッチングモードに移行したことを異常検出部33に通知する。
When the
次いで、ステップST12にて、異常検出部33は、スロースタートモードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視する。スイッチング出力回路12の異常状態、すなわちフルブリッジ回路21に過電流が流れている状態が検出されたとき(ステップST12“YES”)、異常検出部33はその旨を動作モード設定部31に通知する。
Next, in step ST12, the
ステップST12の通知を受けて、ステップST13にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードをスロースタートモードから充電停止モードに移行する。次いで、動作モード設定部31はステップST1に戻り、直流直流変換部16を充電開始モードに設定する。
Upon receiving the notification of step ST12, in step ST13, the operation
他方、異常状態を検出した旨の通知を受けることなくスロースタートモードが終了した場合(ステップST12“NO”)、ステップST21にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードをスロースタートモードから定常スイッチングモードに移行する。
On the other hand, when the slow start mode ends without receiving a notification that an abnormal state has been detected (“NO” in step ST12), the operation
次いで、ステップST22にて、異常検出部33は、定常スイッチングモードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視する。スイッチング出力回路12の異常状態、すなわちフルブリッジ回路21に過電流が流れている状態が検出されたとき(ステップST22“YES”)、異常検出部33はその旨を動作モード設定部31に通知する。
Next, in step ST22, the
ステップST22の通知を受けて、ステップST23にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを定常スイッチングモードから充電停止モードに移行する。次いで、動作モード設定部31はステップST1に戻り、直流直流変換部16を充電開始モードに設定する。
Upon receiving the notification of step ST22, in step ST23, the operation
他方、異常状態を検出した旨の通知を受けることなく定常スイッチングモードが終了した場合(ステップST22“NO”)、制御部17は処理を終了する。なお、定常スイッチングモードは、駆動用バッテリ4の充電が完了したとき、充電用端子3と外部電源1間の接続が解除されたとき、又は図示しない入力装置の操作により駆動用バッテリ4の充電終了を指示されたときに終了する。
On the other hand, when the steady switching mode ends without receiving a notification that an abnormal state has been detected (step ST22 “NO”), the
次に、図4及び図5を参照して、スイッチング出力回路12及び制御部17の詳細な動作の一例について説明する。
Next, an example of detailed operations of the switching
図4は、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれにも短絡故障が生じていない場合における、スイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号と、スイッチング素子Q1〜Q4のオンオフ状態と、故障判定部34による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。
FIG. 4 shows the drive signals corresponding to the switching elements Q1 to Q4, the on / off states of the switching elements Q1 to Q4, and the determination by the
動作モード設定部31は、まず、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードに設定する。充電開始モードにおいて、駆動信号出力部32は、全てのスイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号の出力を停止する。このため、全てのスイッチング素子Q1〜Q4に対する駆動電圧の供給が停止しており、スイッチング素子Q1〜Q4はいずれもオフ状態である。
First, the operation
次いで、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。故障判定モードにおいて、駆動信号出力部32は、まず、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4に対応する駆動信号を出力し、次いで、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3に対応する駆動信号を出力する。駆動信号に応じて、まず、スイッチング素子Q2,Q4に駆動電圧が供給され、次いで、スイッチング素子Q1,Q3に駆動電圧が供給される。この結果、まず、スイッチング素子Q2,Q4がオン状態となり、次いで、スイッチング素子Q1,Q3がオン状態となる。スイッチング素子Q2,Q4のオン時間及びスイッチング素子Q1,Q3のオン時間は、いずれも50ミリ秒に設定されている。
Next, the operation
スイッチング素子Q1〜Q4のいずれにも短絡故障が生じていないため、フルブリッジ回路21に過電流が流れず、過電流検出回路24により過電流が検出されない。この結果、故障判定部34は、スイッチング出力回路12における故障がないと判定する。動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。
Since no short circuit failure has occurred in any of the switching elements Q1 to Q4, no overcurrent flows through the
スロースタートモードにおいて、駆動信号出力部32は、2個のスイッチング素子Q2,Q3に対応する駆動信号と、残余のスイッチング素子Q1,Q4に対応する駆動信号とを交互に出力する。駆動信号に応じて、スイッチング素子Q2,Q3とスイッチング素子Q1,Q4とに交互に駆動電圧が印加される。この結果、スイッチング素子Q2,Q3とスイッチング素子Q1,Q4とが交互にオン状態となる。これにより、スイッチング出力回路12の出力動作が実行されて、駆動用バッテリ4が充電される。
In the slow start mode, the drive
スロースタートモードにおいて、出力動作の周期は13マイクロ秒に設定されている。出力動作のデューティ比は、下限値(すなわち初期値)が0パーセントよりも大きく10パーセント未満の値、具体的には1パーセントに設定されており、上限値(すなわち最終値)が40パーセントよりも大きく50パーセント未満の値、具体的には48パーセントに設定されている。スロースタートモードは、設定された範囲内でデューティ比の値を次第に大きくしながら、例えば数百周期に亘りオンオフを繰り返す。なお、図4は、説明を分かり易くするため、3周期に亘りデューティ比の値が急激に大きくなるように図示している。 In the slow start mode, the output operation cycle is set to 13 microseconds. The duty ratio of the output operation is set such that the lower limit value (ie, the initial value) is greater than 0 percent and less than 10 percent, specifically 1 percent, and the upper limit value (ie, the final value) is greater than 40 percent. It is set to a value less than 50%, specifically 48%. In the slow start mode, the duty ratio value is gradually increased within a set range, and is repeatedly turned on and off for several hundred cycles, for example. Note that FIG. 4 is illustrated so that the value of the duty ratio increases rapidly over three cycles for easy understanding.
スロースタートモードが終了すると、次いで、制御部17は、直流直流変換部16の動作モードをスロースタートモードから定常スイッチングモードに移行する。定常スイッチングモードにおける出力動作の周期は、スロースタートモードと同等の値(13マイクロ秒)に設定されている。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は、スロースタートモードにおける上限値と同等の値(48パーセント)に設定されている。
When the slow start mode ends, the
図5は、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じた場合における、スイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号と、スイッチング素子Q1〜Q4のオンオフ状態と、故障判定部34による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。
FIG. 5 shows a driving signal corresponding to the switching elements Q1 to Q4, an on / off state of the switching elements Q1 to Q4, and a flag indicating a determination result by the
動作モード設定部31は、まず、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードに設定する。次いで、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。
First, the operation
このとき、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じているため、スイッチング素子Q2は、駆動電圧が供給されているか否かに関わらず、常時オンされているのと等価な状態となる。このため、駆動信号出力部32がスイッチング素子Q1,Q3に対応する駆動信号を出力したとき、駆動電圧の供給によりオン状態となったスイッチング素子Q1と、短絡故障が生じたスイッチング素子Q2とに過電流が流れる。過電流検出回路24はこの過電流を検出して、駆動回路22にゲート遮断信号を出力する。この結果、駆動回路22はスイッチング素子Q1,Q3に対する駆動電圧の供給を停止して、スイッチング素子Q1,Q3がオフ状態となる。また、故障判定部34は、判定結果のフラグをオンにして、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4のうちの少なくとも一方に短絡故障が発生したと判定する。
At this time, since a short circuit failure has occurred in the switching element Q2, the switching element Q2 is in a state equivalent to being always on regardless of whether or not the drive voltage is supplied. For this reason, when the drive
このように、過電流検出回路24がゲート遮断信号を出力することにより、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じているとき、個々の故障判定モードにおいて他のスイッチング素子Q1に過電流が流れる時間を所定のオン時間(50ミリ秒)よりもさらに短くすることができる。これにより、スイッチング素子Q1の温度上昇を抑制して、二次故障の発生をより確実に防ぐことができる。
As described above, when the
次いで、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。このとき、動作モード設定部31は故障判定部34のフラグをリセットする。その後、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モード、故障判定モードに順次移行する。動作モードが充電開始モードに移行したとき、動作モード設定部31は、過電流検出回路24によるゲート遮断信号の出力を解除する。図1において、動作モード設定部31と過電流検出回路24間の接続線は図示を省略している。
Next, the operation
次に、実施の形態1に係る車載用充電器100の効果について説明する。
従来の車載用充電器は、実施の形態1の故障判定モードに対応する動作モードを有しておらず、スイッチングモードによる動作中に異常状態(すなわち過電流が流れている状態)を検出した場合、充電停止モード、充電開始モードを経由して、再びスイッチングモードに移行していた。このとき、スイッチングモードにて所定回数連続して過電流が検出された場合に、直流直流変換部が故障したと判定し、動作モードを充電停止モードに固定するとともに故障信号を送信していた。Next, effects of the in-
A conventional in-vehicle charger does not have an operation mode corresponding to the failure determination mode of the first embodiment, and detects an abnormal state (that is, a state in which an overcurrent flows) during operation in the switching mode. In addition, the mode has again shifted to the switching mode via the charge stop mode and the charge start mode. At this time, if an overcurrent is continuously detected a predetermined number of times in the switching mode, it is determined that the DC / DC converter has failed, the operation mode is fixed to the charge stop mode, and a failure signal is transmitted.
ここで、スイッチングモードにはスロースタートモードが含まれている。スロースタートモードのうちの前半を含む過半における個々のオン時間は、十数マイクロ秒に対する1〜40パーセントの時間であり、変流器などを用いた電流検出回路の応答時間よりも短い。このため、仮にいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じて過電流が流れている場合であっても、スロースタートモードのうちの前半を含む過半においてはこの過電流を検出することができない。 Here, the switching mode includes a slow start mode. The individual on-time in the majority including the first half in the slow start mode is 1 to 40% of time for ten or more microseconds, and is shorter than the response time of the current detection circuit using a current transformer or the like. For this reason, even if a short circuit failure occurs in any of the switching elements and an overcurrent flows, the overcurrent cannot be detected in the majority including the first half in the slow start mode.
この結果、従来の車載用充電器は、直流直流変換部のスイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じた場合、過電流が所定回数検出されて直流直流変換部が故障したと判定されるまでに時間がかかり、直流直流変換部の故障を早期に発見することができない問題があった。また、当該時間において、直流直流変換部のスイッチング出力回路に、数十回〜数百回に所定回数を乗じた回数分の過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、二次故障が発生する問題があった。 As a result, the conventional on-vehicle charger detects an overcurrent a predetermined number of times when a short circuit failure occurs in any one of the plurality of switching elements included in the switching output circuit of the DC / DC converter. Thus, it takes time until it is determined that the DC / DC conversion unit has failed, and there is a problem that the DC / DC conversion unit cannot be detected at an early stage. Further, during the time, an overcurrent corresponding to the number of times obtained by multiplying the switching output circuit of the DC / DC converter by a predetermined number of times from several tens to several hundreds of times flows. Due to this overcurrent, the temperature of other switching elements in which a short circuit failure has not occurred rises, causing a secondary failure.
この問題に対し、実施の形態1の車載用充電器100は、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有しており、駆動用バッテリ4の充電を開始するときスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。故障判定モードにおいて、個々のスイッチング素子Q1〜Q4のオン時間は、過電流検出回路24によりフルブリッジ回路21に流れる過電流を検出することができる程度に大きい値であって、かつ、この過電流によるスイッチング素子Q1〜Q4の温度上昇値が基準値以下となる程度に小さい値に設定されている。
In response to this problem, the in-
これにより、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれかに短絡故障が生じてから、故障判定部34により短絡故障が生じていると所定回数(3回)判定されるまでの間にフルブリッジ回路21に流れる過電流を低減して、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。また、故障判定モードを有しない従来の車載用充電器に対して、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれかに短絡故障が生じてから故障判定部34により短絡故障が生じていると所定回数(3回)判定されるまでの時間を短縮して、直流直流変換部16の故障を早期に発見することができる。
As a result, the current flows through the
なお、外部電源1は、直流電源により構成されたものであっても良い。この場合、車載用充電器100は、図1に示す交流直流変換部11を除去して、直流直流変換部16及び制御部17により構成されたものであっても良い。
Note that the
また、交流直流変換部11は、フルブリッジ型AC/DCコンバータに限定されるものではない。交流直流変換部11は、例えば、ハーフブリッジ回路を用いた交流直流変換器、いわゆる「ハーフブリッジ型AC/DCコンバータ」により構成されたものであっても良い。
Further, the AC /
また、変圧回路13、整流回路14及び平滑回路15の回路構成は、図1に示す例に限定されるものではない。スイッチング出力回路12の出力を変圧、整流及び平滑するものであれば、如何なる回路構成によるものであっても良い。
The circuit configurations of the
また、スイッチング素子Q1〜Q4は、いわゆる「パワー半導体」を用いたものであれば良く、Nチャネル型のMOSFETに限定されるものではない。スイッチング素子Q1〜Q4は、例えば、Pチャネル型のMOSFET、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いたものであっても良い。 The switching elements Q1 to Q4 only need to use so-called “power semiconductors” and are not limited to N-channel MOSFETs. The switching elements Q1 to Q4 may use, for example, a P-channel type MOSFET or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
また、スイッチング出力回路12は、フルブリッジ回路21に代えてハーフブリッジ回路を設けたものであっても良い。すなわち、直流直流変換部16はフルブリッジ型DC/DCコンバータに限定されるものではなく、いわゆる「ハーフブリッジ型DC/DCコンバータ」により構成されたものであっても良い。しかしながら、スイッチング出力回路12にハーフブリッジ回路を用いた場合、故障判定モードにおいてスイッチングモードと同様に2個のスイッチング素子が交互にオンされる。このため、スイッチング出力回路12の出力側に、故障判定モードにおける出力動作を停止させるための回路を追加する必要がある。このような追加回路を不要としてコストを低減するとともに、OBCの大電力に対応する観点から、スイッチング出力回路12はフルブリッジ回路21を用いるのがより好適である。
Further, the switching
また、電流検出回路23は電流値を検出できるものであれば良く、変流器に限定されるものではない。電流検出回路23は、例えば、抵抗器をシャントに接続してなる分流器、又は専用のIC(Integrated Circuit)により構成されたものであっても良い。
The
また、動作モードの固定及び故障信号の送信に係る基準となる故障判定部34による故障判定回数は、3回に限定されるものではない。当該回数は、2回以上の如何なる回数に設定されたものであっても良い。ただし、二次故障の発生をより確実に防ぐ観点から、当該回数は可能な限り少ない回数に設定するのが好適である。特に、過電流検出回路24が駆動回路22にゲート遮断信号を出力しない回路構成とした場合は、当該回数を低減することが求められる。
In addition, the number of times of failure determination by the
また、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Q1〜Q4のオン時間は、50ミリ秒に限定されるものではない。当該オン時間は、過電流検出回路24によりフルブリッジ回路21に流れる過電流を検出することができる程度に大きい値であって、かつ、この過電流によるスイッチング素子Q1〜Q4の温度上昇値が基準値以下となる程度に小さい値であれば、如何なる値に設定されたものであっても良い。
Further, the on-time of the individual switching elements Q1 to Q4 in the failure determination mode is not limited to 50 milliseconds. The on-time is a value large enough to allow the
また、定常スイッチングモードにおける周期は13マイクロ秒に限定されるものではなく、如何なる値であっても良い。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は50パーセント未満の値であれば良く、48パーセントに限定されるものではない。 Further, the period in the steady switching mode is not limited to 13 microseconds, and may be any value. The duty ratio in the steady switching mode may be a value less than 50% and is not limited to 48%.
また、スロースタートモードにおける周期は、13マイクロ秒に限定されるものではなく、定常スイッチングモードと同等の値であれば良い。スロースタートモードにおけるデューティ比の上限値は、定常スイッチングモードにおけるデューティ比以下の値であれば良く、48パーセントに限定されるものではない。スロースタートモードにおけるデューティ比の下限値は、上限値未満の値であれば良く、1パーセントに限定されるものではない。 Further, the cycle in the slow start mode is not limited to 13 microseconds, and may be a value equivalent to that in the steady switching mode. The upper limit value of the duty ratio in the slow start mode may be a value equal to or lower than the duty ratio in the steady switching mode, and is not limited to 48%. The lower limit value of the duty ratio in the slow start mode may be a value less than the upper limit value, and is not limited to 1 percent.
以上のように、実施の形態1の車載用充電器100は、スイッチング出力回路12を有する直流直流変換部16と、スイッチング出力回路12による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路12における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部17とを備え、車両2に設けられた駆動用バッテリ4の充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路12における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行する。スイッチングモードとは別個の故障判定モードを設けて、充電開始時にスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作することにより、直流直流変換部16の故障を早期に発見することができる。また、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Q1〜Q4のオン時間を適切な値に設定することにより、スロースタートモードを有する直流直流変換部16において、いずれかのスイッチング素子Q1〜Q4に短絡故障が生じてから故障判定部34により短絡故障が生じていると所定回数判定されるまでの間にフルブリッジ回路21に流れる過電流を低減して、二次故障の発生を抑制することができる。
As described above, the in-
また、車載用充電器100は、スイッチングモードによる動作中にスイッチング出力回路12の異常状態が検出されたとき、スイッチングモードから故障判定モードに移行して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定する。これにより、上記のように、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。
In addition, when the abnormal state of the switching
また、車載用充電器100は、故障判定モードにてスイッチング出力回路12における故障があると判定された場合、故障判定モードに再度移行して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定する。これにより、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれにも短絡故障が生じていない場合に、一過性の過電流により直流直流変換部16の故障が誤検出されるのを防ぐことができる。
In addition, when it is determined that there is a failure in the switching
また、故障判定モードは、スイッチング出力回路12に含まれる複数個のスイッチング素子Q1〜Q4のうち、高電位側に接続されたスイッチング素子Q1,Q3における故障の有無を判定するとともに、低電位側に接続されたスイッチング素子Q2,Q4における故障の有無を判定するものである。これにより、スイッチング出力回路12における故障部位が高電位側のスイッチング素子Q1,Q3であるのか低電位側のスイッチング素子Q2,Q4であるのかを特定することができる。
Further, the failure determination mode determines whether or not there is a failure in the switching elements Q1 and Q3 connected to the high potential side among the plurality of switching elements Q1 to Q4 included in the switching
実施の形態2.
実施の形態1の車載用充電器100は、故障判定モードにおいて、高電位側のスイッチング素子Q1,Q3における短絡故障の有無を判定するとともに、低電位側のスイッチング素子Q2,Q4における短絡故障の有無を判定するものであった。実施の形態2では、故障判定モードにおいて、個々のスイッチング素子Q1〜Q4における短絡故障の有無を判定する車載用充電器100について説明する。なお、実施の形態2に係る車載用充電器100の回路構成等は実施の形態1と同様であるため、図1及び図2を援用して説明する。また、実施の形態1と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
In-
実施の形態2の故障判定モードにおいて、駆動回路22は、スイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれに1回ずつ駆動電圧を供給する。具体的には、例えば、駆動回路22は、スイッチング素子Q4、スイッチング素子Q3、スイッチング素子Q2、スイッチング素子Q1に駆動電圧を順次供給する。
In the failure determination mode of the second embodiment, drive
故障判定部34は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定するものである。具体的には、故障判定部34は、スイッチング素子Q1に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じていると判定する。また、故障判定部34は、スイッチング素子Q2に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Q1に短絡故障が生じていると判定する。故障判定部34は、スイッチング素子Q3に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Q4に短絡故障が生じていると判定する。故障判定部34は、スイッチング素子Q4に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Q3に短絡故障が生じていると判定する。
The
動作モード設定部31は、故障判定部34によりスイッチング素子Q1〜Q4のうちの少なくとも1つに短絡故障が生じていると判定された場合、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行するようになっている。また、動作モード設定部31は、故障判定部34により同一のスイッチング素子Q1〜Q4について所定回数(例えば3回)連続して短絡故障があると判定された場合、直流直流変換部16の動作モードを充電停止モードに固定して、故障信号の送信を故障信号送信部35に指示するようになっている。
The operation
次に、図6のフローチャートを参照して、制御部17の動作について説明する。なお、図6において、図3Aに示す実施の形態1のフローチャートと同様のステップには同一符号を付して説明を省略する。
Next, the operation of the
ステップST2に次いで、ステップST3aにて、故障判定部34は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路24の出力を監視して、スイッチング出力回路12における故障の有無を判定する。すなわち、故障判定部34は、個々のスイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれについて、短絡故障が発生しているか否かを判定する。故障判定部34は、判定結果を動作モード設定部31に出力する。
Subsequent to step ST2, in step ST3a, the
故障判定部34により、スイッチング素子Q1〜Q4のうちの少なくとも1つに短絡故障が生じていると判定された場合(ステップST3a“YES”)、ステップST4にて、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。
When the
次いで、ステップST5aにて、動作モード設定部31は、直近3回のステップST3aにおける故障判定部34の判定結果を参照する。故障判定部34によりスイッチング素子Q1に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満であり、かつ、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満であり、かつ、スイッチング素子Q3に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満であり、かつ、スイッチング素子Q4に短絡故障が生じていると判定された回数が3回未満である場合(ステップST5a“NO”)、動作モード設定部31はステップST1に戻る。
Next, in step ST5a, the operation
他方、故障判定部34により、スイッチング素子Q1〜Q4のうちの少なくとも1つについて、短絡故障が生じていると判定された回数が3回以上である場合(ステップST5a“YES”)、動作モード設定部31はステップST6に進む。
On the other hand, when the
なお、故障判定部34により、スイッチング素子Q1〜Q4のうちのいずれにも短絡故障が生じていないと判定された場合(ステップST3a“NO”)の動作は、実施の形態1にて図3B及び図3Cを参照して説明したものと同様であるため、図示及び説明を省略する。
The operation when the
次に、図7及び図8を参照して、スイッチング出力回路12及び制御部17の詳細な動作の一例について説明する。
Next, an example of detailed operations of the switching
図7は、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれにも短絡故障が生じていない場合における、スイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号と、スイッチング素子Q1〜Q4のオンオフ状態と、故障判定部34による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。なお、故障判定モード以外の動作モードにおけるタイミング図は、図4に示す実施の形態1のタイミング図と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 7 shows the drive signals corresponding to the switching elements Q1 to Q4, the on / off states of the switching elements Q1 to Q4, and the determination by the
故障判定モードにおいて、駆動信号出力部32は、まず、スイッチング素子Q4に対応する駆動信号を出力し、次いで、スイッチング素子Q3に対応する駆動信号、スイッチング素子Q2に対応する駆動信号、スイッチング素子Q1に対応する駆動信号を順次出力する。駆動信号に応じて、スイッチング素子Q4、スイッチング素子Q3、スイッチング素子Q2、スイッチング素子Q1に駆動電圧が順次供給される。この結果、スイッチング素子Q4、スイッチング素子Q3、スイッチング素子Q2、スイッチング素子Q1が順次オン状態となる。個々のスイッチング素子Q1〜Q4のオン時間は、いずれも例えば50ミリ秒に設定されている。
In the failure determination mode, the drive
スイッチング素子Q1〜Q4のいずれにも短絡故障が生じていないため、フルブリッジ回路21に過電流が流れず、過電流検出回路24により過電流が検出されない。この結果、故障判定部34は、スイッチング出力回路12における故障がないと判定する。動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。
Since no short circuit failure has occurred in any of the switching elements Q1 to Q4, no overcurrent flows through the
図8は、スイッチング素子Q2に短絡故障が生じた場合における、スイッチング素子Q1〜Q4に対応する駆動信号と、スイッチング素子Q1〜Q4のオンオフ状態と、故障判定部34による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。なお、故障判定モード以外の動作モードにおけるタイミング図は、図5に示す実施の形態1のタイミング図と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 8 illustrates a driving signal corresponding to the switching elements Q1 to Q4, an on / off state of the switching elements Q1 to Q4, and a flag indicating a determination result by the
スイッチング素子Q2に短絡故障が生じているため、スイッチング素子Q2は、駆動電圧が供給されているか否かに関わらず、常時オンされているのと等価な状態となる。このため、故障判定モードにおいて、駆動信号出力部32がスイッチング素子Q1に対応する駆動信号を出力したとき、駆動電圧の供給によりオン状態となったスイッチング素子Q1と、短絡故障が生じたスイッチング素子Q2とに過電流が流れる。過電流検出回路24はこの過電流を検出して、駆動回路22にゲート遮断信号を出力する。この結果、駆動回路22はスイッチング素子Q1への駆動電圧を供給を停止して、スイッチング素子Q1がオフ状態となる。また、故障判定部34は、判定結果のフラグをオンにして、スイッチング素子Q2に短絡故障が発生したと判定する。
Since a short circuit failure has occurred in the switching element Q2, the switching element Q2 is in a state equivalent to being always on regardless of whether or not the drive voltage is supplied. For this reason, in the failure determination mode, when the drive
次いで、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。このとき、動作モード設定部31は故障判定部34のフラグをリセットする。その後、動作モード設定部31は、直流直流変換部16の動作モードを充電開始モード、故障判定モードに順次移行する。動作モードが充電開始モードに移行したとき、動作モード設定部31は、過電流検出回路24によるゲート遮断信号の出力を解除する。
Next, the operation
このように、実施の形態2の車載用充電器100は、実施の形態1の車載用充電器100と同様に、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有しており、駆動用バッテリ4の充電を開始するときスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。これにより、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれかに短絡故障が生じてから、故障判定部34により短絡故障が生じていると所定回数(例えば3回)判定されるまでの間にフルブリッジ回路21に流れる過電流を低減して、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。また、故障判定モードを有しない従来の車載用充電器に対して、スイッチング素子Q1〜Q4のいずれかに短絡故障が生じてから故障判定部34により短絡故障が生じていると所定回数(例えば3回)判定されるまでの時間を短縮して、直流直流変換部16の故障を早期に発見することができる。
As described above, the in-
また、実施の形態2の車載用充電器100は、実施の形態1にて説明したものと同様の種々の変形例を採用することができる。
The in-
以上のように、実施の形態2の故障判定モードは、スイッチング出力回路12に含まれる複数個のスイッチング素子Q1〜Q4のうち、個々のスイッチング素子Q1〜Q4における故障の有無を判定するものである。これにより、故障が生じているスイッチング素子Q1〜Q4を特定することができる。
As described above, the failure determination mode of the second embodiment determines whether or not there is a failure in each of the switching elements Q1 to Q4 among the plurality of switching elements Q1 to Q4 included in the switching
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 Further, within the scope of the present invention, the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment. .
本発明の車載用充電器は、電気自動車用のOBCに用いることができる。 The in-vehicle charger of the present invention can be used for OBC for electric vehicles.
1 外部電源、2 車両、3 充電用端子、4 駆動用バッテリ、11 交流直流変換部、12 スイッチング出力回路、13 変圧回路、14 整流回路、15 平滑回路、16 直流直流変換部、17 制御部、21 フルブリッジ回路、22 駆動回路、23 電流検出回路、24 過電流検出回路、31 動作モード設定部、32 駆動信号出力部、33 異常検出部、34 故障判定部、35 故障信号送信部、100 車載用充電器、Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
本発明の車載用充電器は、スイッチング出力回路を有する直流直流変換部と、スイッチング出力回路による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部とを備え、車両に設けられた駆動用バッテリの充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行し、スイッチングモードによる動作中にスイッチング出力回路の異常状態が検出されたとき、スイッチングモードから故障判定モードに移行して、スイッチング出力回路における故障の有無を判定するものである。 The in-vehicle charger of the present invention includes a DC / DC converter having a switching output circuit, a switching mode for executing an output operation by the switching output circuit, and whether or not there is a failure in the switching output circuit in a state where the output operation is stopped. A control unit capable of switching between a failure determination mode for determination, and when charging of a driving battery provided in the vehicle is started, operates in the failure determination mode prior to the switching mode, and the failure in the switching output circuit When it is determined that there is no fault, the mode is switched to the switching mode, and when an abnormal state of the switching output circuit is detected during the operation in the switching mode, the mode is switched from the switching mode to the fault judgment mode to check whether there is a fault in the switching output circuit. Is determined .
Claims (9)
前記スイッチング出力回路による出力動作を実行するスイッチングモードと、前記出力動作を停止させた状態にて前記スイッチング出力回路における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部と、を備え、
車両に設けられた駆動用バッテリの充電を開始するとき、前記スイッチングモードよりも先に前記故障判定モードにて動作し、前記スイッチング出力回路における故障がないと判定された場合に前記スイッチングモードに移行する
ことを特徴とする車載用充電器。A DC / DC converter having a switching output circuit;
A control unit capable of switching between a switching mode for executing an output operation by the switching output circuit and a failure determination mode for determining whether or not there is a failure in the switching output circuit in a state in which the output operation is stopped,
When charging of the driving battery provided in the vehicle is started, the operation is performed in the failure determination mode prior to the switching mode, and when it is determined that there is no failure in the switching output circuit, the switching mode is entered. An in-vehicle charger characterized by the above.
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