故障検出装置および方法
【課題】スイッチのオープン故障を検出することを可能とする故障検出装置および方法を提供する。
【解決手段】本発明による故障検出装置（１０）は、電源と負荷との間に接続されたスイッチ（Ｑ２）と並列接続された電圧降下素子（Ｄ２）と、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部（１３）と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開または閉に制御した状態で前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部（１１）と、前記電圧検出部により検出された相対電圧と前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御状態とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部（１２）とを備える。
【解決手段】本発明による故障検出装置（１０）は、電源と負荷との間に接続されたスイッチ（Ｑ２）と並列接続された電圧降下素子（Ｄ２）と、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部（１３）と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開または閉に制御した状態で前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部（１１）と、前記電圧検出部により検出された相対電圧と前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御状態とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部（１２）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置が備えるスイッチの故障を検出するための故障検出装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、従来の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。
同図に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、入力端子Ｔｉｎ、グランド端子ＧＮＤ、昇圧コイルＬ、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、出力端子Ｔｏｕｔ、直結スイッチＱ２を備えて構成される。ここで、入力端子Ｔｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間には直流入力電源Ｖｉｎが接続され、出力端子Ｔｏｕｔとグランド端子ＧＮＤとの間には負荷Ｆが接続され、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間には直結スイッチＱ２が接続されている。
【０００３】
この従来のＤＣ−ＤＣコンバータによれば、通常の動作時では直結スイッチＱ２をオフ状態に制御し、トランジスタＱ１で昇圧コイルＬをスイッチング駆動することにより直流入力電源Ｖｉｎの電圧を昇圧コイルＬで昇圧する。そして、昇圧コイルＬで昇圧された電力をダイオードＤ１で整流することにより所望電圧の直流電力を生成して外部の負荷Ｆに供給する。
【０００４】
また、直流入力電源Ｖｉｎをそのまま負荷Ｆに供給する場合、トランジスタＱ１による昇圧コイルＬのスイッチング駆動を停止させ、直結スイッチＱ２をオン状態に制御する。これにより、直流入力電源Ｖｉｎが直結スイッチＱ２を介して負荷Ｆに直接供給される。
従って、直結スイッチＱ２を備えたＤＣ−ＤＣコンバータによれば、昇圧された所望の直流電力のみならず、必要に応じて直流入力電源Ｖｉｎを負荷Ｆに直接供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２７７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成において、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障した場合、その故障を検出することが困難であった。
即ち、例えば直結スイッチＱ２がショートモードで故障した場合であれば、入力端子Ｔｉｎに印加された直流入力Ｖｉｎが直結スイッチＱ２を介して出力端子Ｔｏｕｔに現れ、出力端子Ｔｏｕｔの電圧が直流入力Ｖｉｎの電圧に固定される。従って、出力端子Ｔｏｕｔの電圧を観測することで、直結スイッチＱ２のショートモードでの故障を知ることができる。
【０００７】
これに対し、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障した場合、出力端子Ｔｏｕｔに現れる電圧は特定の電圧に固定されないので、この出力端子Ｔｏｕｔに現れる電圧から直結スイッチＱ２のオープンモードでの故障を知ることはできない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチの故障を的確に検出することを可能とする故障検出装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る故障検出装置は、電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出装置であって、前記スイッチと並列接続された電圧降下素子と、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部と、を備えた故障検出装置の構成を有する。
【００１０】
また、本発明に係る故障検出方法は、電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出方法であって、スイッチ制御部が、前記スイッチの開閉を制御する段階と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に、電圧検出部が前記スイッチと並列接続された電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する段階と、故障判定部が、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する段階と、を含む故障検出方法の構成を有する。
【００１１】
上記構成によれば、スイッチの制御状態とは無関係に、スイッチの故障モードに応じて、電圧降下素子の端子間の相対電圧が定まる。例えば、スイッチがオープンモードで故障している場合、電圧降下素子の端子間の相対電圧は、この電圧降下素子の電気的特性に依存した電圧（例えばＶｆ）となり、このときの相対電圧からオープンモードでのスイッチの故障を知ることができる。一方、スイッチがショートモードで故障している場合、電圧降下素子の端子間の相対電圧は、電圧降下素子の電気的特性に依存しない電圧（例えば０Ｖ）となり、このときの相対電圧からショートモードでのスイッチの故障を知ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オープンモードでの故障を含み、スイッチの故障を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施形態による故障検出装置１０の構成と、その適用例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による故障検出装置１０の動作を説明するためのフロー図である。
【図４】従来の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
先ず、図１を参照して、本発明による故障検出の原理を説明する。
図１に示すように、故障検出対象のスイッチＳＷと並列に電圧降下素子ＥＤが接続され、スイッチＳＷの一端には直流電源Ｖｄｃが接続され、その他端には負荷Ｒが接続される。本発明の原理によれば、以下に説明するように、故障検出対象のスイッチＳＷを開状態に制御したときに電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧（端子間の電位差）ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときに電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧（端子間の電位差）ＶＥとの両方から、スイッチＳＷの故障を判定する。
【００１５】
図１（ａ）は、スイッチＳＷが正常に機能する場合を示す。この場合、スイッチＳＷの開閉状態に応じて電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧ＶＥが変化する。即ち、スイッチＳＷが開状態に制御されれば、直流電源Ｖｄｃとグランドとの間に電圧降下素子ＥＤと負荷Ｒが直列接続され、電圧降下素子ＥＤに電流が流れる。このとき、電圧降下素子ＥＤの端子間には、この電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥが現れる。
【００１６】
例えば、電圧降下素子ＥＤがダイオードであり、そのアノードが電源Ｖｄｃに接続され、そのカソードが負荷Ｒに接続されていれば、この電圧降下素子ＥＤの端子間には、ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）によって与えられる電圧が相対電圧ＶＥとして現れる。仮に、外乱要因や測定誤差が存在しなければ、電圧降下素子ＥＤの端子間には、ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）そのものが現れる。
【００１７】
また、スイッチＳＷが閉状態に制御されれば、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷによって短絡される。従ってこの場合、電圧降下素子ＥＤの電気的特性とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧ＶＥは０Ｖになる。
このように、スイッチＳＷが正常に機能する場合、相対電圧ＶＥとして、スイッチＳＷの開閉状態に応じて異なる電圧が検出され、このような検出結果からスイッチＳＷが正常に機能することを知ることができる。
【００１８】
これに対し、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、スイッチＳＷが故障した場合を示す。
このうち、図１（ｂ）は、スイッチＳＷがショートモードで故障した場合を示す。この場合、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷにより短絡され、相対電圧ＶＥは０Ｖに固定される。従って、スイッチＳＷを開状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥが０Ｖであり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥも同じく０Ｖであれば、スイッチＳＷがショートモードで故障していると考えることができる。
【００１９】
なお、スイッチＳＷのショートモードでの故障の程度によっては、スイッチＳＷの端子間の電気的抵抗値が０Ωにならず、そのため、相対電圧ＶＥが０Ｖにならないこともあり得るが、このこの場合の相対電圧ＶＥは、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧とは異なる電圧になる。従って、ショートモードの故障で相対電圧ＶＥが０Ｖにならない場合であっても、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧と異なる電圧であれば、スイッチＳＷがショートモードで故障していると考えることができる。
【００２０】
図１（ｃ）は、スイッチＳＷがオープンモードで故障した場合を示す。
この場合、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、直流電源Ｖｄｃとグランドとの間に電圧降下素子ＥＤと負荷Ｒとが電気的に直列接続され、電圧降下素子ＥＤの端子間には、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧が相対電圧ＶＥとして固定的に現れる。従って、例えば電圧降下素子ＥＤをダイオードとした場合、スイッチＳＷを開状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥが上記ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）であり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥも同じく上記ダイオード固有の順方向効果電圧（Ｖｆ）であれば、スイッチＳＷがオープンモードで故障していると考えることができる。
このように、本発明の原理によれば、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥとの両方の相対電圧から故障を判定する。
【００２１】
ここで、仮に、相対電圧ＶＥの測定誤差や外乱の影響がなく、しかも、オープンモードの故障ではスイッチＳＷの端子間の抵抗値が無限大になり、ショートモードの故障ではスイッチＳＷの端子間の抵抗値が完全にゼロになるのでれば、単純に、スイッチＳＷを開状態または閉状態のいずれかに一方に制御したときの相対電圧ＶＥから故障を判定することは可能である。例えば、スイッチＳＷを開状態に制御したときに相対電圧ＶＥが０Ｖであれば、ショートモードでの故障と判定することができ、スイッチＳＷを閉状態に制御したときに相対電圧ＶＥがダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）であれば、オープンモードでの故障と判定することができる。しかしながら、現実的には、測定誤差や外乱を完全に排除することは困難であり、また故障の程度によってスイッチＳＷの端子間の抵抗値が変動し、相対電圧ＶＥが変動する場合がある。従って、このような単純な判定手法では的確に故障を判定することが現実には困難である。
【００２２】
これに対し、本発明では、前述したように、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとの両方から故障を判定する。即ち、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとが等しければ、少なくとも、オープンモードまたはショートモードの何れの故障モードで故障が発生していると考えることができる。なぜならば、ショートモードの故障では、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷで短絡される結果、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、相対電圧ＶＥは０Ｖに固定されるからであり、オープンモードの故障では、相対電圧ＶＥは、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの電気的特性に依存した値に固定されるからである。
【００２３】
また、本発明の原理によれば、相対電圧ＶＥの値から故障モードの種類を判定することができる。即ち、スイッチＳＷを開状態または閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥの値に電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されていれば、故障モードがオープンモードであると考えることができ、逆に、相対電圧ＶＥの値に電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されていなければ、故障モードがショートモードであると考えることができる。
【００２４】
このような本発明の原理によれば、例えば、相対電圧ＶＥの検出値に測定誤差が含まれていても、この測定誤差自体は一定であるから、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとが等しかどうかの判定に影響を与えることはない。また、相対電圧ＶＥに電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されているかどうかの判定についても、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥの電圧成分が測定誤差による電圧成分と有意に異なれば、その影響を受けることはない。スイッチＳＷの故障の程度による影響についても同様である。従って、本発明の原理によれば、現実の環境下においてスイッチの故障を有効に検出することが可能になる。
【００２５】
以下、図面を参照して、上述の原理に基づく本発明の実施形態を説明する。
（構成の説明）
図２に、昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータ２０に適用された本発明の実施形態による故障検出装置１０の構成を示す。
故障検出装置１０は、直流入力電源Ｖｉｎと負荷Ｆとの間に接続された直結スイッチＱ２の故障を検出する故障検出装置であって、電圧降下素子Ｄ２、電圧検出部１１、故障判定部１２、スイッチ制御部１３から構成される。
【００２６】
ここで、電圧降下素子Ｄ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０内の直結スイッチＱ２と並列接続される。この電圧降下素子Ｄ２は、前述の図１に示す電圧降下素子ＥＤに対応する要素であって、電流を流したときに、その電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥが端子間に現れる。この電圧降下素子Ｄ２は、電流を流したときに電圧降下を発生させるものであれば、どのようなものであってもよく、例えばダイオードや抵抗素子である。
【００２７】
本実施形態では、電圧降下素子Ｄ２はダイオードであるものとし、そのアノードは入力端子Ｔｉｎに接続され、そのカソードは出力端子Ｔｏｕｔに接続されている。以下では、適宜、電圧降下素子Ｄ２を「ダイオードＤ２」と称す。なお、本実施形態では、ダイオードＤ２として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成する直結スイッチＱ２の保護用ダイオードを流用するものとする。
【００２８】
スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２の開閉を制御するものである。特に図示しないが、直結スイッチＱ２の開閉を制御する制御手段がＤＣ−ＤＣコンバータ２０内に備えられている。本実施形態では、故障検出装置１０のスイッチ制御部１３を機能させる場合には、直結スイッチＱ２の開閉を制御するＤＣ−ＤＣコンバータ２０側の制御手段を無効化する。
【００２９】
電圧検出部１１は、スイッチ制御部１３が直結スイッチＱ２を開状態および閉状態に制御した場合に電圧降下素子Ｄ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出するものである。
故障判定部１２は、後述のように、直結スイッチＱ２を開状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出された相対電圧ＶＥと、直結スイッチＳＷを閉状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出された相対電圧とに基づきスイッチＳＷの故障を判定するものである。
【００３０】
昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、前述の図４に示した従来装置と同様に構成され、入力端子Ｔｉｎ、グランド端子ＧＮＤ、昇圧コイルＬ、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、出力端子Ｔｏｕｔ、直結スイッチＱ２を備える。
【００３１】
ここで、入力端子Ｔｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間には、直流入力電源Ｖｉｎが接続され、入力端子Ｔｉｎには昇圧コイルＬの一端が接続される。この昇圧コイルＬの他端とグランド端子ＧＮＤとの間には、昇圧コイルＬをスイッチング駆動するためのトランジスタＱ１が接続される。図２では、トランジスタＱ１を駆動するための駆動回路は省略されているが、このような駆動回路は公知である。
【００３２】
昇圧コイルＬの他端には、整流用のダイオードＤ１のアノードが接続され、そのカソードは出力端子Ｔｏｕｔに接続される。本実施形態では、故障検出装置１０を構成するダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成するダイオードＤ１の順方向降下電圧よりも有意に小さいものとする。これは、ダイオードＤ１の順方向降下電圧が、ダイオードＤ２の端子間に現れる相対電圧ＶＥに与える影響を排除するためである。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間には、直結スイッチＱ２が接続され、出力端子Ｔｏｕｔとグランド端子ＧＮＤとの間には負荷Ｆが接続される。
【００３３】
なお、直流入力電源Ｖｉｎ、直結スイッチＱ２、負荷Ｆは、前述の図１に示す直流電源Ｖｄｃ、スイッチＳＷ、負荷Ｒにそれぞれ対応する。
【００３４】
（動作の説明）
次に、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成する直結スイッチＱ２の故障を検出する場合について、図３のフローに沿って本実施形態による故障検出装置１０の動作を説明する。
故障検出装置１０の動作の前提として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング動作は停止されているものとする。
【００３５】
（オープン故障の検出）
まず、スイッチＳＷがオープンモードで故障している場合について説明する。
スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２を開状態に制御する（ステップＳ１）。この制御状態で、電圧検出部１１は、スイッチＳＷと並列接続されたダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ２）。ここで、スイッチ制御部１１が直結スイッチＱ２を開状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出される相対電圧ＶＥを「相対電圧ＶＥｏｐｅｎ」と称す。
【００３６】
この場合、直結スイッチＱ２はオープンモードで故障しているため、スイッチ制御部１３による制御とは無関係にスイッチＱ２は開状態にあり、且つ、故障検出装置１０内のダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０内のダイオードＤ１の順方向効果電圧（Ｖｆ）よりも有意に小さいので、ダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥは、直結スイッチＱ２およびダイオードＤ１の影響を受けず、ダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）のみによって定まる。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎとしてダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）を検出する。
【００３７】
続いて、スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２を閉状態に制御する（ステップＳ３）。この制御状態で、電圧検出部１３は、スイッチＳＷと並列接続されたダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ４）。ここで、スイッチ制御部１１が直結スイッチＱ２を閉状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出される相対電圧ＶＥを「相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅ」と称す。
【００３８】
この場合も、直結スイッチＱ２はオープンモードで故障しているため、上述と同様に、スイッチ制御部１３による制御とは無関係に直結スイッチＱ２は開状態にある。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとして、同じくダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）を検出する。
【００３９】
続いて、故障判定部１２は、電圧検出部１１から供給された相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとを比較することにより、これらの相対電圧がオープンモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する。具体的には、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとが等しく、且つ、これら相対電圧がダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧、即ちダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいかどうか判定する（ステップＳ５）。
【００４０】
いま、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ｃｌｏｓｅは共にダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいことから、これらの相対電圧はオープンモードの故障を判定するための上記条件を満足する（ステップＳ５；Ｙ）。従って、故障判定部１２は、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障していると判定し（ステップＳ６）、この判定をもって故障を検出するための動作が終了する。
【００４１】
（ショート故障の検出）
次に、直結スイッチＱ２がショートモードで故障している場合について説明する。
上述のオープンモードでの故障の検出と同様に、スイッチ制御部１３が直結スイッチＱ２の開閉を制御し、電圧検出部１１が相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００４２】
この場合、直結スイッチＱ２はショートモードで故障しているため、スイッチ制御部１３による制御とは無関係にスイッチＱ２は閉状態にあり、ダイオードＤ２の端子間は直結スイッチＱ２によって短絡された状態にある。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとして０Ｖを検出する。
【００４３】
電圧検出部１１が相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅを検出すると、故障判定部１２は、まず、上述の相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとを比較することにより、これらの相対電圧が上述のオープンモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する（ステップＳ５）。この場合、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅは共に０Ｖであるから、上述のオープンモードの故障を判定するための条件を満足しない（ステップＳ５；Ｎ）。
【００４４】
続いて、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとがショートモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する。具体的には、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これら相対電圧が０Ｖに等しいかどうか判定する（ステップＳ７）。いま、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅは共に０Ｖであるから、上述のショートモードの故障を判定するための条件を満足する（ステップＳ７；Ｙ）。従って、故障判定部１２は、スイッチＱ２がショートモードで故障していると判定し（ステップＳ８）、この判定をもって故障を検出するための動作が終了する。
【００４５】
以上で、オープンモードおよびショートモードでの故障の検出動作を説明したが、以下では、上述のオープンモードおよびショートモードでの故障を判定するための何れの条件も満足しない場合について説明する。
【００４６】
上述のステップＳ７において、ショートモードの故障を判定するための条件が満足されない場合（ステップＳ７；Ｎ）、故障検出部１２は、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎが相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ９）。仮に、直結スイッチＱ２が正常に機能する状態にあれば、相対電圧ＶＥｏｐｅｎがダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しく、且つ、相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが０Ｖになるので、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための上記条件は満足され、故障判定部１２は、直結スイッチＱ２が正常に機能すると判定する（ステップＳ１０）。
【００４７】
また、ステップＳ９において、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための条件が満足されない場合、故障検出部１２は、スイッチＳＷの機能が異常（オープンモードの故障でもなくショートモードでの故障でもない故障）であることを判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎが相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ１１）。通常、このような条件が満足されることはないが、仮にこのような条件が満足された場合、故障検出部１２は異常と判定する。
以上で、本実施形態の動作を説明した。
【００４８】
上述の実施形態では、ステップＳ５において、オープンモードの故障を判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これらがダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧、即ちダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいことを設定したが、これに限定されず、ダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる何らかの電圧に等しければよい。従って、例えば測定誤差などにより、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが、ダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）±αであってもよい。即ち、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが相互に等しく、かつ、それらの電圧がダイオードＤ２の電気的特性に依存した何らかの電圧であればよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、ステップＳ７において、ショートモードの故障を判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これらが０Ｖに等しいことを設定したが、これに限定されず、ダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧以外の有意な何らかの電圧に等しければよい。従って、例えば測定誤差などにより、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが０Ｖ±αであってもよい。即ち、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが相互に等しく、かつ、それらの電圧がダイオードＤ２の電気的特性に依存しない何らかの電圧であればよい。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。
例えば、上述の実施形態では、オープンモードおよびショートモードの故障を検出するもととしたが、オープンモードのみを検出するものとしてもよく、ショートモードのみを検出するものとしてもよい。
また、上述の実施形態では、スイッチＳＷを開状態に制御した後に閉状態に制御するものとしたが、これらの制御の順番は任意である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…故障検出装置、１１…電圧検出部、１２…故障判定部、１３…スイッチ制御部、Ｖｉｎ…直流入力電源、Ｔｉｎ…入力端子、ＧＮＤ…グランド端子、Ｌ…昇圧コイル、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｄ１…ダイオード、Ｄ２…電圧降下素子（ダイオード）、Ｔｏｕｔ…出力端子、Ｆ…負荷。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置が備えるスイッチの故障を検出するための故障検出装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、従来の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。
同図に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、入力端子Ｔｉｎ、グランド端子ＧＮＤ、昇圧コイルＬ、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、出力端子Ｔｏｕｔ、直結スイッチＱ２を備えて構成される。ここで、入力端子Ｔｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間には直流入力電源Ｖｉｎが接続され、出力端子Ｔｏｕｔとグランド端子ＧＮＤとの間には負荷Ｆが接続され、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間には直結スイッチＱ２が接続されている。
【０００３】
この従来のＤＣ−ＤＣコンバータによれば、通常の動作時では直結スイッチＱ２をオフ状態に制御し、トランジスタＱ１で昇圧コイルＬをスイッチング駆動することにより直流入力電源Ｖｉｎの電圧を昇圧コイルＬで昇圧する。そして、昇圧コイルＬで昇圧された電力をダイオードＤ１で整流することにより所望電圧の直流電力を生成して外部の負荷Ｆに供給する。
【０００４】
また、直流入力電源Ｖｉｎをそのまま負荷Ｆに供給する場合、トランジスタＱ１による昇圧コイルＬのスイッチング駆動を停止させ、直結スイッチＱ２をオン状態に制御する。これにより、直流入力電源Ｖｉｎが直結スイッチＱ２を介して負荷Ｆに直接供給される。
従って、直結スイッチＱ２を備えたＤＣ−ＤＣコンバータによれば、昇圧された所望の直流電力のみならず、必要に応じて直流入力電源Ｖｉｎを負荷Ｆに直接供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２７７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成において、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障した場合、その故障を検出することが困難であった。
即ち、例えば直結スイッチＱ２がショートモードで故障した場合であれば、入力端子Ｔｉｎに印加された直流入力Ｖｉｎが直結スイッチＱ２を介して出力端子Ｔｏｕｔに現れ、出力端子Ｔｏｕｔの電圧が直流入力Ｖｉｎの電圧に固定される。従って、出力端子Ｔｏｕｔの電圧を観測することで、直結スイッチＱ２のショートモードでの故障を知ることができる。
【０００７】
これに対し、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障した場合、出力端子Ｔｏｕｔに現れる電圧は特定の電圧に固定されないので、この出力端子Ｔｏｕｔに現れる電圧から直結スイッチＱ２のオープンモードでの故障を知ることはできない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチの故障を的確に検出することを可能とする故障検出装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る故障検出装置は、電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出装置であって、前記スイッチと並列接続された電圧降下素子と、前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部と、を備えた故障検出装置の構成を有する。
【００１０】
また、本発明に係る故障検出方法は、電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出方法であって、スイッチ制御部が、前記スイッチの開閉を制御する段階と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に、電圧検出部が前記スイッチと並列接続された電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する段階と、故障判定部が、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する段階と、を含む故障検出方法の構成を有する。
【００１１】
上記構成によれば、スイッチの制御状態とは無関係に、スイッチの故障モードに応じて、電圧降下素子の端子間の相対電圧が定まる。例えば、スイッチがオープンモードで故障している場合、電圧降下素子の端子間の相対電圧は、この電圧降下素子の電気的特性に依存した電圧（例えばＶｆ）となり、このときの相対電圧からオープンモードでのスイッチの故障を知ることができる。一方、スイッチがショートモードで故障している場合、電圧降下素子の端子間の相対電圧は、電圧降下素子の電気的特性に依存しない電圧（例えば０Ｖ）となり、このときの相対電圧からショートモードでのスイッチの故障を知ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オープンモードでの故障を含み、スイッチの故障を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施形態による故障検出装置１０の構成と、その適用例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による故障検出装置１０の動作を説明するためのフロー図である。
【図４】従来の昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
先ず、図１を参照して、本発明による故障検出の原理を説明する。
図１に示すように、故障検出対象のスイッチＳＷと並列に電圧降下素子ＥＤが接続され、スイッチＳＷの一端には直流電源Ｖｄｃが接続され、その他端には負荷Ｒが接続される。本発明の原理によれば、以下に説明するように、故障検出対象のスイッチＳＷを開状態に制御したときに電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧（端子間の電位差）ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときに電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧（端子間の電位差）ＶＥとの両方から、スイッチＳＷの故障を判定する。
【００１５】
図１（ａ）は、スイッチＳＷが正常に機能する場合を示す。この場合、スイッチＳＷの開閉状態に応じて電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧ＶＥが変化する。即ち、スイッチＳＷが開状態に制御されれば、直流電源Ｖｄｃとグランドとの間に電圧降下素子ＥＤと負荷Ｒが直列接続され、電圧降下素子ＥＤに電流が流れる。このとき、電圧降下素子ＥＤの端子間には、この電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥが現れる。
【００１６】
例えば、電圧降下素子ＥＤがダイオードであり、そのアノードが電源Ｖｄｃに接続され、そのカソードが負荷Ｒに接続されていれば、この電圧降下素子ＥＤの端子間には、ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）によって与えられる電圧が相対電圧ＶＥとして現れる。仮に、外乱要因や測定誤差が存在しなければ、電圧降下素子ＥＤの端子間には、ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）そのものが現れる。
【００１７】
また、スイッチＳＷが閉状態に制御されれば、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷによって短絡される。従ってこの場合、電圧降下素子ＥＤの電気的特性とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの端子間に現れる相対電圧ＶＥは０Ｖになる。
このように、スイッチＳＷが正常に機能する場合、相対電圧ＶＥとして、スイッチＳＷの開閉状態に応じて異なる電圧が検出され、このような検出結果からスイッチＳＷが正常に機能することを知ることができる。
【００１８】
これに対し、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、スイッチＳＷが故障した場合を示す。
このうち、図１（ｂ）は、スイッチＳＷがショートモードで故障した場合を示す。この場合、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷにより短絡され、相対電圧ＶＥは０Ｖに固定される。従って、スイッチＳＷを開状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥが０Ｖであり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥも同じく０Ｖであれば、スイッチＳＷがショートモードで故障していると考えることができる。
【００１９】
なお、スイッチＳＷのショートモードでの故障の程度によっては、スイッチＳＷの端子間の電気的抵抗値が０Ωにならず、そのため、相対電圧ＶＥが０Ｖにならないこともあり得るが、このこの場合の相対電圧ＶＥは、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧とは異なる電圧になる。従って、ショートモードの故障で相対電圧ＶＥが０Ｖにならない場合であっても、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧と異なる電圧であれば、スイッチＳＷがショートモードで故障していると考えることができる。
【００２０】
図１（ｃ）は、スイッチＳＷがオープンモードで故障した場合を示す。
この場合、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、直流電源Ｖｄｃとグランドとの間に電圧降下素子ＥＤと負荷Ｒとが電気的に直列接続され、電圧降下素子ＥＤの端子間には、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる電圧が相対電圧ＶＥとして固定的に現れる。従って、例えば電圧降下素子ＥＤをダイオードとした場合、スイッチＳＷを開状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥが上記ダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）であり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧ＶＥも同じく上記ダイオード固有の順方向効果電圧（Ｖｆ）であれば、スイッチＳＷがオープンモードで故障していると考えることができる。
このように、本発明の原理によれば、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥとの両方の相対電圧から故障を判定する。
【００２１】
ここで、仮に、相対電圧ＶＥの測定誤差や外乱の影響がなく、しかも、オープンモードの故障ではスイッチＳＷの端子間の抵抗値が無限大になり、ショートモードの故障ではスイッチＳＷの端子間の抵抗値が完全にゼロになるのでれば、単純に、スイッチＳＷを開状態または閉状態のいずれかに一方に制御したときの相対電圧ＶＥから故障を判定することは可能である。例えば、スイッチＳＷを開状態に制御したときに相対電圧ＶＥが０Ｖであれば、ショートモードでの故障と判定することができ、スイッチＳＷを閉状態に制御したときに相対電圧ＶＥがダイオード固有の順方向降下電圧（Ｖｆ）であれば、オープンモードでの故障と判定することができる。しかしながら、現実的には、測定誤差や外乱を完全に排除することは困難であり、また故障の程度によってスイッチＳＷの端子間の抵抗値が変動し、相対電圧ＶＥが変動する場合がある。従って、このような単純な判定手法では的確に故障を判定することが現実には困難である。
【００２２】
これに対し、本発明では、前述したように、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとの両方から故障を判定する。即ち、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとが等しければ、少なくとも、オープンモードまたはショートモードの何れの故障モードで故障が発生していると考えることができる。なぜならば、ショートモードの故障では、電圧降下素子ＥＤの端子間はスイッチＳＷで短絡される結果、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、相対電圧ＶＥは０Ｖに固定されるからであり、オープンモードの故障では、相対電圧ＶＥは、スイッチＳＷの制御状態とは無関係に、電圧降下素子ＥＤの電気的特性に依存した値に固定されるからである。
【００２３】
また、本発明の原理によれば、相対電圧ＶＥの値から故障モードの種類を判定することができる。即ち、スイッチＳＷを開状態または閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥの値に電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されていれば、故障モードがオープンモードであると考えることができ、逆に、相対電圧ＶＥの値に電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されていなければ、故障モードがショートモードであると考えることができる。
【００２４】
このような本発明の原理によれば、例えば、相対電圧ＶＥの検出値に測定誤差が含まれていても、この測定誤差自体は一定であるから、スイッチＳＷを開状態に制御したときの相対電圧ＶＥと、スイッチＳＷを閉状態に制御したときの相対電圧ＶＥとが等しかどうかの判定に影響を与えることはない。また、相対電圧ＶＥに電圧降下素子ＥＤの電気的特性が反映されているかどうかの判定についても、電圧降下素子ＥＤの電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥの電圧成分が測定誤差による電圧成分と有意に異なれば、その影響を受けることはない。スイッチＳＷの故障の程度による影響についても同様である。従って、本発明の原理によれば、現実の環境下においてスイッチの故障を有効に検出することが可能になる。
【００２５】
以下、図面を参照して、上述の原理に基づく本発明の実施形態を説明する。
（構成の説明）
図２に、昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータ２０に適用された本発明の実施形態による故障検出装置１０の構成を示す。
故障検出装置１０は、直流入力電源Ｖｉｎと負荷Ｆとの間に接続された直結スイッチＱ２の故障を検出する故障検出装置であって、電圧降下素子Ｄ２、電圧検出部１１、故障判定部１２、スイッチ制御部１３から構成される。
【００２６】
ここで、電圧降下素子Ｄ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０内の直結スイッチＱ２と並列接続される。この電圧降下素子Ｄ２は、前述の図１に示す電圧降下素子ＥＤに対応する要素であって、電流を流したときに、その電気的特性によって与えられる相対電圧ＶＥが端子間に現れる。この電圧降下素子Ｄ２は、電流を流したときに電圧降下を発生させるものであれば、どのようなものであってもよく、例えばダイオードや抵抗素子である。
【００２７】
本実施形態では、電圧降下素子Ｄ２はダイオードであるものとし、そのアノードは入力端子Ｔｉｎに接続され、そのカソードは出力端子Ｔｏｕｔに接続されている。以下では、適宜、電圧降下素子Ｄ２を「ダイオードＤ２」と称す。なお、本実施形態では、ダイオードＤ２として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成する直結スイッチＱ２の保護用ダイオードを流用するものとする。
【００２８】
スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２の開閉を制御するものである。特に図示しないが、直結スイッチＱ２の開閉を制御する制御手段がＤＣ−ＤＣコンバータ２０内に備えられている。本実施形態では、故障検出装置１０のスイッチ制御部１３を機能させる場合には、直結スイッチＱ２の開閉を制御するＤＣ−ＤＣコンバータ２０側の制御手段を無効化する。
【００２９】
電圧検出部１１は、スイッチ制御部１３が直結スイッチＱ２を開状態および閉状態に制御した場合に電圧降下素子Ｄ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出するものである。
故障判定部１２は、後述のように、直結スイッチＱ２を開状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出された相対電圧ＶＥと、直結スイッチＳＷを閉状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出された相対電圧とに基づきスイッチＳＷの故障を判定するものである。
【００３０】
昇圧チョッパー型のＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、前述の図４に示した従来装置と同様に構成され、入力端子Ｔｉｎ、グランド端子ＧＮＤ、昇圧コイルＬ、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、出力端子Ｔｏｕｔ、直結スイッチＱ２を備える。
【００３１】
ここで、入力端子Ｔｉｎとグランド端子ＧＮＤとの間には、直流入力電源Ｖｉｎが接続され、入力端子Ｔｉｎには昇圧コイルＬの一端が接続される。この昇圧コイルＬの他端とグランド端子ＧＮＤとの間には、昇圧コイルＬをスイッチング駆動するためのトランジスタＱ１が接続される。図２では、トランジスタＱ１を駆動するための駆動回路は省略されているが、このような駆動回路は公知である。
【００３２】
昇圧コイルＬの他端には、整流用のダイオードＤ１のアノードが接続され、そのカソードは出力端子Ｔｏｕｔに接続される。本実施形態では、故障検出装置１０を構成するダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成するダイオードＤ１の順方向降下電圧よりも有意に小さいものとする。これは、ダイオードＤ１の順方向降下電圧が、ダイオードＤ２の端子間に現れる相対電圧ＶＥに与える影響を排除するためである。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間には、直結スイッチＱ２が接続され、出力端子Ｔｏｕｔとグランド端子ＧＮＤとの間には負荷Ｆが接続される。
【００３３】
なお、直流入力電源Ｖｉｎ、直結スイッチＱ２、負荷Ｆは、前述の図１に示す直流電源Ｖｄｃ、スイッチＳＷ、負荷Ｒにそれぞれ対応する。
【００３４】
（動作の説明）
次に、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２０を構成する直結スイッチＱ２の故障を検出する場合について、図３のフローに沿って本実施形態による故障検出装置１０の動作を説明する。
故障検出装置１０の動作の前提として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング動作は停止されているものとする。
【００３５】
（オープン故障の検出）
まず、スイッチＳＷがオープンモードで故障している場合について説明する。
スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２を開状態に制御する（ステップＳ１）。この制御状態で、電圧検出部１１は、スイッチＳＷと並列接続されたダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ２）。ここで、スイッチ制御部１１が直結スイッチＱ２を開状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出される相対電圧ＶＥを「相対電圧ＶＥｏｐｅｎ」と称す。
【００３６】
この場合、直結スイッチＱ２はオープンモードで故障しているため、スイッチ制御部１３による制御とは無関係にスイッチＱ２は開状態にあり、且つ、故障検出装置１０内のダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０内のダイオードＤ１の順方向効果電圧（Ｖｆ）よりも有意に小さいので、ダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥは、直結スイッチＱ２およびダイオードＤ１の影響を受けず、ダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）のみによって定まる。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎとしてダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）を検出する。
【００３７】
続いて、スイッチ制御部１３は、直結スイッチＱ２を閉状態に制御する（ステップＳ３）。この制御状態で、電圧検出部１３は、スイッチＳＷと並列接続されたダイオードＤ２の端子間の相対電圧ＶＥを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ４）。ここで、スイッチ制御部１１が直結スイッチＱ２を閉状態に制御した場合に電圧検出部１１で検出される相対電圧ＶＥを「相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅ」と称す。
【００３８】
この場合も、直結スイッチＱ２はオープンモードで故障しているため、上述と同様に、スイッチ制御部１３による制御とは無関係に直結スイッチＱ２は開状態にある。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとして、同じくダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）を検出する。
【００３９】
続いて、故障判定部１２は、電圧検出部１１から供給された相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとを比較することにより、これらの相対電圧がオープンモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する。具体的には、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとが等しく、且つ、これら相対電圧がダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧、即ちダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいかどうか判定する（ステップＳ５）。
【００４０】
いま、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ｃｌｏｓｅは共にダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいことから、これらの相対電圧はオープンモードの故障を判定するための上記条件を満足する（ステップＳ５；Ｙ）。従って、故障判定部１２は、直結スイッチＱ２がオープンモードで故障していると判定し（ステップＳ６）、この判定をもって故障を検出するための動作が終了する。
【００４１】
（ショート故障の検出）
次に、直結スイッチＱ２がショートモードで故障している場合について説明する。
上述のオープンモードでの故障の検出と同様に、スイッチ制御部１３が直結スイッチＱ２の開閉を制御し、電圧検出部１１が相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅを検出して故障判定部１２に供給する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００４２】
この場合、直結スイッチＱ２はショートモードで故障しているため、スイッチ制御部１３による制御とは無関係にスイッチＱ２は閉状態にあり、ダイオードＤ２の端子間は直結スイッチＱ２によって短絡された状態にある。従って、電圧検出部１１は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとして０Ｖを検出する。
【００４３】
電圧検出部１１が相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅを検出すると、故障判定部１２は、まず、上述の相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとを比較することにより、これらの相対電圧が上述のオープンモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する（ステップＳ５）。この場合、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅは共に０Ｖであるから、上述のオープンモードの故障を判定するための条件を満足しない（ステップＳ５；Ｎ）。
【００４４】
続いて、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅとがショートモードの故障を判定するための条件を満足するかどうかを判定する。具体的には、故障判定部１２は、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これら相対電圧が０Ｖに等しいかどうか判定する（ステップＳ７）。いま、相対電圧ＶＥｏｐｅｎおよび相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅは共に０Ｖであるから、上述のショートモードの故障を判定するための条件を満足する（ステップＳ７；Ｙ）。従って、故障判定部１２は、スイッチＱ２がショートモードで故障していると判定し（ステップＳ８）、この判定をもって故障を検出するための動作が終了する。
【００４５】
以上で、オープンモードおよびショートモードでの故障の検出動作を説明したが、以下では、上述のオープンモードおよびショートモードでの故障を判定するための何れの条件も満足しない場合について説明する。
【００４６】
上述のステップＳ７において、ショートモードの故障を判定するための条件が満足されない場合（ステップＳ７；Ｎ）、故障検出部１２は、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎが相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ９）。仮に、直結スイッチＱ２が正常に機能する状態にあれば、相対電圧ＶＥｏｐｅｎがダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しく、且つ、相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが０Ｖになるので、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための上記条件は満足され、故障判定部１２は、直結スイッチＱ２が正常に機能すると判定する（ステップＳ１０）。
【００４７】
また、ステップＳ９において、スイッチＳＷの機能が正常であることを判定するための条件が満足されない場合、故障検出部１２は、スイッチＳＷの機能が異常（オープンモードの故障でもなくショートモードでの故障でもない故障）であることを判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎが相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ１１）。通常、このような条件が満足されることはないが、仮にこのような条件が満足された場合、故障検出部１２は異常と判定する。
以上で、本実施形態の動作を説明した。
【００４８】
上述の実施形態では、ステップＳ５において、オープンモードの故障を判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これらがダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧、即ちダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）に等しいことを設定したが、これに限定されず、ダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる何らかの電圧に等しければよい。従って、例えば測定誤差などにより、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが、ダイオードＤ２の順方向降下電圧（Ｖｆ）±αであってもよい。即ち、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが相互に等しく、かつ、それらの電圧がダイオードＤ２の電気的特性に依存した何らかの電圧であればよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、ステップＳ７において、ショートモードの故障を判定するための条件として、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが等しく、且つ、これらが０Ｖに等しいことを設定したが、これに限定されず、ダイオードＤ２の電気的特性によって与えられる電圧以外の有意な何らかの電圧に等しければよい。従って、例えば測定誤差などにより、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが０Ｖ±αであってもよい。即ち、相対電圧ＶＥｏｐｅｎと相対電圧ＶＥｃｌｏｓｅが相互に等しく、かつ、それらの電圧がダイオードＤ２の電気的特性に依存しない何らかの電圧であればよい。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。
例えば、上述の実施形態では、オープンモードおよびショートモードの故障を検出するもととしたが、オープンモードのみを検出するものとしてもよく、ショートモードのみを検出するものとしてもよい。
また、上述の実施形態では、スイッチＳＷを開状態に制御した後に閉状態に制御するものとしたが、これらの制御の順番は任意である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…故障検出装置、１１…電圧検出部、１２…故障判定部、１３…スイッチ制御部、Ｖｉｎ…直流入力電源、Ｔｉｎ…入力端子、ＧＮＤ…グランド端子、Ｌ…昇圧コイル、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｄ１…ダイオード、Ｄ２…電圧降下素子（ダイオード）、Ｔｏｕｔ…出力端子、Ｆ…負荷。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出装置であって、
前記スイッチと並列接続された電圧降下素子と、
前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部と、
を備えた故障検出装置。
【請求項２】
前記故障判定部は、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性に基づく電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定することを特徴とする請求項１記載の故障検出装置。
【請求項３】
前記電圧降下素子は、前記電源から前記負荷に向かう電流方向を順方向としたダイオードであり、
前記故障判定部は、前記電圧検出部で検出された相対電圧が、前記ダイオードの順方向降下電圧（Ｖｆ）によって与えられる電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定することを特徴とする請求項２記載の故障検出装置。
【請求項４】
前記スイッチは、昇圧チョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子と出力端子との間に接続された直結スイッチであることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項記載の故障検出装置。
【請求項５】
前記電圧降下素子は、前記直結スイッチの保護用ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の故障検出装置。
【請求項６】
電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出方法であって、
スイッチ制御部が、前記スイッチの開閉を制御する段階と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に、電圧検出部が前記スイッチと並列接続された電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する段階と、
故障判定部が、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する段階と、
を含む故障検出方法。
【請求項１】
電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出装置であって、
前記スイッチと並列接続された電圧降下素子と、
前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部と、
を備えた故障検出装置。
【請求項２】
前記故障判定部は、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性に基づく電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定することを特徴とする請求項１記載の故障検出装置。
【請求項３】
前記電圧降下素子は、前記電源から前記負荷に向かう電流方向を順方向としたダイオードであり、
前記故障判定部は、前記電圧検出部で検出された相対電圧が、前記ダイオードの順方向降下電圧（Ｖｆ）によって与えられる電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定することを特徴とする請求項２記載の故障検出装置。
【請求項４】
前記スイッチは、昇圧チョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子と出力端子との間に接続された直結スイッチであることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項記載の故障検出装置。
【請求項５】
前記電圧降下素子は、前記直結スイッチの保護用ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の故障検出装置。
【請求項６】
電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出方法であって、
スイッチ制御部が、前記スイッチの開閉を制御する段階と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に、電圧検出部が前記スイッチと並列接続された電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する段階と、
故障判定部が、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する段階と、
を含む故障検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７２６８９（Ｐ２０１３−７２６８９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０７４３（Ｐ２０１１−２１０７４３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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