電力伝達用絶縁回路および電力変換装置
【課題】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。
【解決手段】電力伝達用絶縁回路１０１は、スイッチＺ１およびＺ２を含み、スイッチＺ１の第１端Ｔ１およびスイッチＺ２の第１端Ｔ３において受けた電力を第１の蓄電素子Ｃ１に供給するための入力スイッチ部２１と、スイッチＺ３およびＺ４を含み、第１の蓄電素子Ｃ１に蓄えられた電力を第２の蓄電素子Ｃ２に供給するための出力スイッチ部２２と、第１の電圧検出部１１によって検出された第１の蓄電素子Ｃ１の両端電圧、および第２の電圧検出部１２によって検出された第２の蓄電素子Ｃ２の両端電圧に基づいて、第１のスイッチ素子Ｚ１ないし第４のスイッチ素子Ｚ４の故障を検出するための制御部１４とを備える。
【解決手段】電力伝達用絶縁回路１０１は、スイッチＺ１およびＺ２を含み、スイッチＺ１の第１端Ｔ１およびスイッチＺ２の第１端Ｔ３において受けた電力を第１の蓄電素子Ｃ１に供給するための入力スイッチ部２１と、スイッチＺ３およびＺ４を含み、第１の蓄電素子Ｃ１に蓄えられた電力を第２の蓄電素子Ｃ２に供給するための出力スイッチ部２２と、第１の電圧検出部１１によって検出された第１の蓄電素子Ｃ１の両端電圧、および第２の電圧検出部１２によって検出された第２の蓄電素子Ｃ２の両端電圧に基づいて、第１のスイッチ素子Ｚ１ないし第４のスイッチ素子Ｚ４の故障を検出するための制御部１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５９５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および上記第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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
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をオンし、上記故障検出対象スイッチ素子と、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フした状態において、上記故障検出対象スイッチ素子が上記入力スイッチ部に含まれる場合には上記第１の蓄電素子の両端電圧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し、上記故障検出対象スイッチ素子が上記出力スイッチ部に含まれる場合には上記第２の蓄電素子の両端電圧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。
【００１０】
このような構成により、故障検出対象スイッチ素子が短絡している場合であっても、故障検出期間において電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間が短絡してしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１２】
このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時における蓄電素子の両端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。
【００１３】
より好ましくは、上記制御部は、上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における上記第１の蓄電素子の両端電圧および上記第２の蓄電素子の両端電圧、または各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３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧および上記第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３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１４】
このような構成により、故障判定基準を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、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。
【００１５】
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３の電圧検出部を備え、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記入力電圧との差に基づいて上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１６】
このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時における蓄電素子の両端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。
【００１７】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における上記入力電圧および上記第１の蓄電素子の両端電圧、または各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のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の少なくとも一方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１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のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１８】
このような構成により、故障判定基準を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、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。
【００１９】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出し、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２の期間において上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出し、上記第４の期間において上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００２０】
このように、蓄電素子の両端電圧差が大きくなる第２の期間および第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。
【００２１】
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。
【００２２】
このような構成により、測定対象となる２つの蓄電素子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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、上記第１の電圧検出部および上記第２の電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００２６】
これにより、各両端電圧の測定タイミングを最適化し、各両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
より好ましくは、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端および上記第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して検出するための第３の電圧検出部を備え、上記制御部は、上記第１の電圧検出部、上記第２の電圧検出部および上記第３の電圧検出部によって検出された上記両端電圧に基づいて上記第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。
【００２８】
このように、第１の蓄電素子の両端電圧および第２の蓄電素子の両端電圧に加えて、第１のスイッチ素子の第１端および第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を検出する構成により、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００２９】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００３０】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、各両端電圧の差が小さい場合でも、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【００３１】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第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端間の両端電圧との差に基づいて上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００３２】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【００３３】
より好ましくは、上記制御部は、上記第２の蓄電素子の両端電圧と上記第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。
【００３４】
このような構成により、入力スイッチ部および出力スイッチ部の両方におけるスイッチ素子の故障を検出することができる。
【００３５】
より好ましくは、上記各電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オンタイミングならびに他方の上記オンタイミング、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オフタイミングならびに他方の上記オフタイミング、または上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方における上記オンタイミングおよび上記オフタイミングにおいて上記両端電圧を検出し、上記制御部は、上記電圧検出部によって検出された上記両端電圧の上記各タイミングにおける差に基づいて上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子または上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子の故障を検出する。
【００３６】
このような構成により、適切なタイミングで両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【００３７】
またこの発明の別の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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、上記電圧検出部によって検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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、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、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００３８】
これにより、両端電圧の測定タイミングを最適化し、両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００３９】
好ましくは、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オンタイミングならびに他方の上記オンタイミング、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オフタイミングならびに他方の上記オフタイミング、または上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方における上記オンタイミングおよび上記オフタイミングにおいて上記両端電圧を検出し、上記制御部は、上記電圧検出部によって検出された上記両端電圧の上記各タイミングにおける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。
【００４０】
このような構成により、適切なタイミングで両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【００４１】
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をオンした状態において、上記故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。
【００４２】
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容易に検出することができる。
【００４３】
好ましくは、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子は、上記第１の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子は、上記第２の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、上記電圧検出部は、上記第１の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、および上記第２の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において上記両端電圧を検出する。
【００４４】
このように、制御信号の論理レベルが切り替わるタイミングにおいて両端電圧を検出する構成により、簡易な構成で制御信号に同期した測定を行なうことができる。
【００４５】
好ましくは、上記電圧検出部は、上記第１の制御信号および上記第２の制御信号の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を保持するためのサンプルホールド回路と、上記サンプルホールド回路によって保持された電圧をデジタル値に変換するためのアナログ／デジタル変換器とを含む。
【００４６】
このような構成により、両端電圧の測定結果のデジタル値への変換が行われている間に電圧検出部による検出電圧が変動することに起因して、正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および上記第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。
【００５０】
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、電圧検出部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。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。
【００５１】
またこの発明の別の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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、上記電圧検出部によって検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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み、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、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００５２】
これにより、両端電圧の測定タイミングを最適化し、両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００５３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１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。
【図２】本発明の第１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３】本発明の第１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。
【図４】本発明の第１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。
【図５】本発明の第２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。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各スイッチ素子の状態と各キャパシタの電圧波形との関係を示す図である。
【図７】各キャパシタの電圧波形Ａを示す図である。
【図８】各キャパシタの電圧波形Ｂを示す図である。
【図９】各キャパシタの電圧波形Ｃを示す図である。
【図１０】各キャパシタの電圧波形Ｄを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるゲート駆動信号に同期した電圧測定タイミング制御を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるサンプルホールド回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
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。
【００５６】
＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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１１は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１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。
【００６４】
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、出力電圧検出部１１によって検出されたキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、および出力電圧検出部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。
【００６５】
図２は、本発明の第１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１１および１２の構成は出力電圧検出部１０と同様である。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
［動作］
次に、本発明の第１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。
【００６９】
図３は、本発明の第１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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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をオンする。そして、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子と、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フする。
【００７８】
この状態において、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が入力スイッチ部２１に含まれる場合にはキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０およびキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１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。また、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が出力スイッチ部２２に含まれる場合にはキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１およびキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２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。
【００７９】
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をオフし、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Ｖ１と電圧Ｖ０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Ｖ１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Ｃ０に蓄えられた電荷は放電されず、キャパシタＣ１は充電されないからである。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により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ０は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１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。
【００８０】
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をオフし、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Ｖ１と電圧Ｖ０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Ｖ１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Ｃ０に蓄えられた電荷は放電されず、キャパシタＣ１は充電されないからである。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により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ０は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１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。
【００８１】
また、制御部１４は、期間ＴＥ３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Ｖ１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Ｖ１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Ｃ１に蓄えられた電荷は放電されない一方で、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Ｚ４により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ１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。
【００８２】
また、制御部１４は、期間ＴＥ４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をオフする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ１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Ｖ１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Ｃ１に蓄えられた電荷は放電されない一方で、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Ｚ３により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ１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。
【００８３】
図４は、本発明の第１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。
【００８４】
図４を参照して、期間Ｔ２においては、他の期間と比べて電圧Ｖ１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ＴＥ３およびＴＥ４をたとえば期間Ｔ２において設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ３およびＺ４の故障を高い精度で検出することができる。
【００８５】
ここで、期間Ｔ２の終了間際、すなわち期間Ｔ２の終了タイミングの所定時間前から期間Ｔ２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Ｖ１が上昇方向、電圧Ｖ２が下降方向をとっており、電圧Ｖ１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ＴＥ３および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Ｚ３およびＺ４の故障をさらに高い精度で検出することができる。
【００８６】
また、期間Ｔ４においては、他の期間と比べて電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が大きくなる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１およびＴＥ２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およびＺ２の故障を高い精度で検出することができる。
【００８７】
ここで、期間Ｔ４の開始間際、すなわち期間Ｔ４の開始タイミングから所定時間後のタイミングＴＢにおいて、電圧Ｖ０が上昇方向、電圧Ｖ１が下降方向をとっており、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が最大となる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１およびＴＥ２をたとえばタイミングＴＢにおいて設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ１およびＺ２の故障をさらに高い精度で検出することができる。
【００８８】
また、本発明の第１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、電圧Ｖ１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。
【００８９】
そこで、本発明の第１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、電圧Ｖ１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。
【００９０】
具体的には、期間ＴＥ３およびＴＥ４においては、保存している電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との差をスイッチ素子Ｚ３または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Ｖ２と電圧Ｖ１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Ｚ３または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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の少なくとも一方をオフした状態におけるキャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出されたキャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。たとえば、制御部１４は、キャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４は異常であると判定する。
【００９１】
また、期間ＴＥ１およびＴＥ２においては、保存している電圧Ｖ０と電圧Ｖ１との差をスイッチ素子Ｚ１またはＺ２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Ｖ１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またはＺ２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およびスイッチ素子Ｚ２の少なくとも一方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Ｃ１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およびスイッチ素子Ｚ２の少なくとも一方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Ｃ１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およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
これに対して、本発明の第１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、出力電圧検出部１１によって検出されたキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、および出力電圧検出部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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
これに対して、本発明の第１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。
【０１０３】
したがって、本発明の第１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。
【０１０４】
また、本発明の第１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をオンする。制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子と、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フする。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が短絡している場合であっても、故障検出期間において電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間が短絡してしまうことを防ぐことができる。
【０１０５】
また、本発明の第１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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。また、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時におけるキャパシタの両端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。
【０１０６】
なお、本発明の第１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、２つのキャパシタの両端電圧の差に基づいてスイッチ素子の故障を検出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。負荷２０３の電力消費の時間的な推移があらかじめ分かっている場合等、スイッチ素子の正常時および短絡故障時におけるキャパシタの両端電圧をそれぞれ正確に把握できる場合には、制御部１４は、１つのキャパシタの両端電圧に基づいてスイッチ素子の故障を検出する構成であってもよい。この場合、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が入力スイッチ部２１に含まれる場合にはキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１に基づいて故障検出対象スイッチ素子の故障を検出し、故障検出対象スイッチ素子が出力スイッチ部２２に含まれる場合にはキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、本発明の第１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。
【０１０９】
また、本発明の第１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。
【０１１０】
次に、本発明の他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。
【０１１１】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と比べて電圧測定タイミングを改良した電力伝達用絶縁回路に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と同様である。
【０１１２】
図５は、本発明の第２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。
【０１１３】
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置２０１は、電力伝達用絶縁回路１０１の代わりに電力伝達用絶縁回路１１１を備える。
【０１１４】
電力伝達用絶縁回路１１１において、制御部１４は、さらに、ゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力電圧検出部１０〜１２へ出力する。
【０１１５】
出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して電圧Ｖ０、Ｖ１およびＶ２をそれぞれ検出する。
【０１１６】
より詳細には、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２は、それぞれゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替える。
【０１１７】
出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３，Ｚ４は、それぞれゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替える。
【０１１８】
そして、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理レベルが切り替わるタイミング、およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方においてキャパシタＣ０〜Ｃ２の両端電圧をそれぞれ検出する。
【０１１９】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各スイッチ素子の状態と各キャパシタの電圧波形との関係を示す図である。図６において、「○」印はスイッチ素子が正常である場合を示しており、「×」印はスイッチ素子が短絡故障している場合を示している。
【０１２０】
図７は、各キャパシタの電圧波形Ａを示す図である。図８は、各キャパシタの電圧波形Ｂを示す図である。図９は、各キャパシタの電圧波形Ｃを示す図である。図１０は、各キャパシタの電圧波形Ｄを示す図である。
【０１２１】
図６〜図１０を参照して、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が正常である場合、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４のうちのいずれか１つが短絡故障している場合、または入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子が１つずつ短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図７に示す電圧波形Ａのようになる。
【０１２２】
また、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１およびＺ２が短絡故障しており、かつ出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３およびＺ４の少なくとも一方が正常である場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図８に示す電圧波形Ｂのようになる。すなわち、電圧波形Ａと比べて、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が減少し、また、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の脈動幅すなわち振幅が小さくなる。
【０１２３】
また、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１およびＺ２の少なくとも一方が正常であり、かつ出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３およびＺ４が短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図９に示す電圧波形Ｃのようになる。すなわち、電圧波形Ａと比べて、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差が減少し、また、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の脈動幅すなわち振幅が小さくなる。
【０１２４】
また、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図１０に示す電圧波形Ｄのようになる。すなわち、電圧波形Ａ，Ｂ，Ｃと比べて、電圧Ｖ０〜Ｖ２間の各電圧差が減少し、また、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅すなわち振幅が略ゼロになる。
【０１２５】
図７〜図９に示すように、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は、常に一定ではなく、脈動する。このため、これらの電圧を測定するタイミングによっては、同じ電圧を測定していても測定結果がばらついてしまい、故障検知精度が低下してしまう。
【０１２６】
そこで、本発明の第２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、電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを以下のように制御することにより、故障検知精度を向上させる。
【０１２７】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるゲート駆動信号に同期した電圧測定タイミング制御を示す図である。
【０１２８】
図１１を参照して、ここでは、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４は、対応のゲート駆動信号が論理ハイレベルであるときにオンし、論理ローレベルであるときにオフするものとする。
【０１２９】
図７に示す電圧波形Ａから分かるように、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４のうちの１つだけが短絡故障している場合の電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が正常である場合と変わらないため、故障を検出することが困難である。
【０１３０】
このため、電力伝達用絶縁回路１１１では、電力伝達用絶縁回路１０１と同様に、故障検出対象スイッチ素子のペアのスイッチ素子を短絡させる、すなわち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をオンする。そして、短絡させるスイッチ素子以外のスイッチ素子の制御について、期間Ｔ１、期間Ｔ２、期間Ｔ３および期間Ｔ４を繰り返す。これにより、故障検出対象スイッチ素子が故障していた場合に、電圧波形Ｂ〜Ｄを得ることができる。
【０１３１】
具体的な例をあげると、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１の故障を検出する場合には、スイッチ素子Ｚ２へのゲート駆動信号Ｇ２を論路ローレベルに固定し、期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す。そして、スイッチ素子Ｚ１が短絡故障していれば、図６に示すＮｏ．６と同じ状態となるため、各キャパシタの電圧波形として電圧波形Ｂが得られる。
【０１３２】
また、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ３の故障を検出する場合には、スイッチ素子Ｚ４へのゲート駆動信号Ｇ４を論路ローレベルに固定し、期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す。そして、スイッチ素子Ｚ３が短絡故障していれば、図６に示すＮｏ．１１と同じ状態となるため、各キャパシタの電圧波形として電圧波形Ｃが得られる。
【０１３３】
このような電圧測定タイミング制御を用いて、まず、異なるキャパシタの両端電圧の差に基づいて故障検知を行なう方法について説明する。
【０１３４】
制御部１４は、出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２によって検出された電圧Ｖ０〜Ｖ２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。
【０１３５】
より詳細には、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。
【０１３６】
具体的には、出力電圧検出部１０および出力電圧検出部１１は、たとえばゲート駆動信号Ｇ４の立ち下がりエッジで電圧Ｖ０および電圧Ｖ１をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差よりも小さい場合には、入力スイッチ部２１における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１３７】
また、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。
【０１３８】
具体的には、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、たとえばゲート駆動信号Ｇ２の立ち下がりエッジで電圧Ｖ１および電圧Ｖ２をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差よりも小さい場合には、出力スイッチ部２２における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１３９】
また、制御部１４は、キャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０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。
【０１４０】
具体的には、出力電圧検出部１０および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２のうち、故障検出対象スイッチ素子のペアのスイッチ素子以外に対応するゲート駆動信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジで電圧Ｖ０および電圧Ｖ２をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差よりも小さい場合には、入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１４１】
次に、異なるタイミングにおける同じキャパシタの両端電圧の差、すなわち両端電圧の脈動幅に基づいて故障検知を行なう方法について説明する。
【０１４２】
ここでは、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、出力スイッチ部２２における各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、および出力スイッチ部２２における各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミングを考える。
【０１４３】
出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方におけるオンタイミングおよびオフタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する。
【０１４４】
そして、制御部１４は、各タイミングにおいて検出された同じキャパシタの両端電圧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。
【０１４５】
具体的には、出力電圧検出部１０または出力電圧検出部１１は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ３またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ０または電圧Ｖ１を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ０または電圧Ｖ１の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ１は異常であると判断する。
【０１４６】
また、出力電圧検出部１０または出力電圧検出部１１は、ゲート駆動信号Ｇ２、ゲート駆動信号Ｇ３またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ０または電圧Ｖ１を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ０または電圧Ｖ１の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ２は異常であると判断する。
【０１４７】
また、出力電圧検出部１１または出力電圧検出部１２は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ２またはゲート駆動信号Ｇ３の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ３は異常であると判断する。
【０１４８】
また、出力電圧検出部１１または出力電圧検出部１２は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ２またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ４は異常であると判断する。
【０１４９】
なお、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅を測定するために、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオンタイミングならびに他方のオンタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する構成であってもよい。たとえば、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりエッジ、およびゲート駆動信号Ｇ３の立ち上がりエッジで電圧Ｖ０ないし電圧Ｖ２を検出する。
【０１５０】
また、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅を測定するために、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオフタイミングならびに他方のオフタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する構成であってもよい。たとえば、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりエッジ、およびゲート駆動信号Ｇ３の立ち下がりエッジで電圧Ｖ０ないし電圧Ｖ２を検出する。
【０１５１】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるサンプルホールド回路の構成を示す図である。
【０１５２】
図１２を参照して、サンプルホールド回路６１は、スイッチ素子５１と、キャパシタ５２とを含む。サンプルホールド回路６１およびアナログ／デジタル変換器５３は、たとえば出力電圧検出部１０〜１２にそれぞれ設けられる。ここでは、出力電圧検出部１０に設けられるサンプルホールド回路およびアナログ／デジタル変換器について代表的に説明する。
【０１５３】
サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ４のうちの少なくとも１つに同期して対応のキャパシタの両端電圧を保持する。
【０１５４】
アナログ／デジタル変換器５３は、サンプルホールド回路６１によって保持された電圧をデジタル値に変換し、制御部１４へ出力する。
【０１５５】
より詳細には、スイッチ素子５１は、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０をキャパシタ５２に供給するか否かを切り替える。アナログ／デジタル変換器５３は、キャパシタ５２の両端電圧をデジタル値に変換して出力する。
【０１５６】
サンプルホールド回路６１は、あるタイミングにおいてスイッチ素子５１をオンすることにより、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を保持する、すなわち両端電圧Ｖ０による電荷をキャパシタ５２に蓄積し、すぐにスイッチ素子５１をオフする。これにより、各タイミングにおける両端電圧Ｖ０の変動に関わらず、キャパシタ５２の両端電圧が一定となる。
【０１５７】
たとえば、出力電圧検出部１０がゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりエッジにおいてキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する場合には、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりタイミングから１マイクロ秒以下の間だけスイッチ素子５１をオンする。
【０１５８】
また、出力電圧検出部１０がゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりエッジにおいてキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する場合には、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりタイミングより１マイクロ秒以下前から当該立ち下がりタイミングまでの間だけスイッチ素子５１をオンする。
【０１５９】
ここで、アナログ／デジタル変換器５３では、アナログ／デジタル変換に要する時間が、測定電圧である両端電圧Ｖ０の脈動周期より長くなる場合がある。この場合、制御部１４が取得する両端電圧Ｖ０がばらついてしまう。
【０１６０】
これに対して、電力伝達用絶縁回路１０１では、サンプルホールド回路６１を設ける構成により、アナログ／デジタル変換が行われている間に出力電圧検出部１０による検出電圧が変動することに起因して正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【０１６１】
ところで、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は、常に一定ではなく、脈動する。このため、これらの電圧を測定するタイミングによっては、同じ電圧を測定していても測定結果がばらついてしまい、故障検知精度が低下してしまう。
【０１６２】
そこで、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して両端電圧を検出する。
【０１６３】
このように、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、ゲート駆動信号と両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の変動とが同期することに着目した故障検知動作を行なう。すなわち、制御部１４は、両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを制御してゲート駆動信号に同期させる。これにより、両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを最適化し、各両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【０１６４】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０は、スイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０を、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して検出する。そして、制御部１４は、出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２によってそれぞれ検出された電圧Ｖ０〜Ｖ２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。
【０１６５】
このように、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１およびキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２に加えて、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する構成により、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【０１６６】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。
【０１６７】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、各キャパシタの両端電圧の差が小さい場合でも、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【０１６８】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とスイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する
【０１６９】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【０１７０】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２とスイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０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。
【０１７１】
このような構成により、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の両方におけるスイッチ素子の故障を検出することができる。
【０１７２】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオンタイミングならびに他方のオンタイミング、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオフタイミングならびに他方のオフタイミング、または入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方におけるオンタイミングおよびオフタイミングにおいて対応の両端電圧を検出する。そして、制御部１４は、各出力電圧検出部によって検出された同じ両端電圧の各タイミングにおける差に基づいて入力スイッチ部２１における各スイッチ素子または出力スイッチ部２２における各スイッチ素子の故障を検出する。
【０１７３】
このような構成により、適切なタイミングでキャパシタの両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【０１７４】
また、本発明の第２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。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をオンした状態において、故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。
【０１７５】
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容易に検出することができる。
【０１７６】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理レベルが切り替わるタイミング、およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において両端電圧を検出する。
【０１７７】
このように、ゲート駆動信号の論理レベルが切り替わるタイミングにおいて両端電圧を検出する構成により、簡易な構成でゲート駆動信号に同期した測定を行なうことができる。
【０１７８】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の少なくとも一方に同期して対応の両端電圧を保持する。そして、アナログ／デジタル変換器５３は、サンプルホールド回路６１によって保持された電圧をデジタル値に変換する。
【０１７９】
このような構成により、キャパシタの両端電圧の測定結果のデジタル値への変換が行われている間に出力電圧検出部による検出電圧が変動することに起因して、正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【０１８０】
なお、本発明の第２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、各タイミングにおいて電圧Ｖ０〜Ｖ２をすべて測定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。電圧Ｖ０〜Ｖ２を毎回測定する構成に限らず、たとえば、ゲート駆動信号の周期ごとに順番に測定する構成であってもよい。このような構成により、制御部１４の構成および処理の簡易化を図ることができる。
【０１８１】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅をすべて測定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。少なくとも電圧Ｖ１の脈動幅を測定する構成であれば、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の両方の故障を検知可能である。すなわち、電圧Ｖ１の脈動幅を測定することにより、１つの出力電圧検出部のみで、電力伝達用絶縁回路１１１の故障検出を行なうことが可能である。
【０１８２】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅の測定、および電圧Ｖ０〜Ｖ２間の電圧差の測定の両方を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではない。これらの測定の一方を行なうことにより、電力伝達用絶縁回路１１１の故障検出を行なうことが可能である。
【０１８３】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１８４】
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。
【符号の説明】
【０１８５】
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
５１ スイッチ素子
５２ キャパシタ
５３ アナログ／デジタル変換器
６１ サンプルホールド回路
１０１，１１１ 電力伝達用絶縁回路
１０２ 整流部
２０１，２０２ 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
Ｒ１ 入力抵抗
Ｒ２ 出力抵抗
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４ スイッチ素子
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５９５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および上記第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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
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をオンし、上記故障検出対象スイッチ素子と、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フした状態において、上記故障検出対象スイッチ素子が上記入力スイッチ部に含まれる場合には上記第１の蓄電素子の両端電圧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し、上記故障検出対象スイッチ素子が上記出力スイッチ部に含まれる場合には上記第２の蓄電素子の両端電圧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。
【００１０】
このような構成により、故障検出対象スイッチ素子が短絡している場合であっても、故障検出期間において電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間が短絡してしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１２】
このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時における蓄電素子の両端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。
【００１３】
より好ましくは、上記制御部は、上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における上記第１の蓄電素子の両端電圧および上記第２の蓄電素子の両端電圧、または各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３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧および上記第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３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１４】
このような構成により、故障判定基準を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、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。
【００１５】
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３の電圧検出部を備え、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記入力電圧との差に基づいて上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１６】
このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時における蓄電素子の両端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。
【００１７】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における上記入力電圧および上記第１の蓄電素子の両端電圧、または各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のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の少なくとも一方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１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のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００１８】
このような構成により、故障判定基準を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、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。
【００１９】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出し、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２の期間において上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出し、上記第４の期間において上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００２０】
このように、蓄電素子の両端電圧差が大きくなる第２の期間および第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。
【００２１】
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。
【００２２】
このような構成により、測定対象となる２つの蓄電素子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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、上記第１の電圧検出部および上記第２の電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００２６】
これにより、各両端電圧の測定タイミングを最適化し、各両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
より好ましくは、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端および上記第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して検出するための第３の電圧検出部を備え、上記制御部は、上記第１の電圧検出部、上記第２の電圧検出部および上記第３の電圧検出部によって検出された上記両端電圧に基づいて上記第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。
【００２８】
このように、第１の蓄電素子の両端電圧および第２の蓄電素子の両端電圧に加えて、第１のスイッチ素子の第１端および第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を検出する構成により、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００２９】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて上記第３のスイッチ素子および上記第４のスイッチ素子の故障を検出する。
【００３０】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、各両端電圧の差が小さい場合でも、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【００３１】
より好ましくは、上記制御部は、上記第１の蓄電素子の両端電圧と上記第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端間の両端電圧との差に基づいて上記第１のスイッチ素子および上記第２のスイッチ素子の故障を検出する。
【００３２】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【００３３】
より好ましくは、上記制御部は、上記第２の蓄電素子の両端電圧と上記第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。
【００３４】
このような構成により、入力スイッチ部および出力スイッチ部の両方におけるスイッチ素子の故障を検出することができる。
【００３５】
より好ましくは、上記各電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オンタイミングならびに他方の上記オンタイミング、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オフタイミングならびに他方の上記オフタイミング、または上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方における上記オンタイミングおよび上記オフタイミングにおいて上記両端電圧を検出し、上記制御部は、上記電圧検出部によって検出された上記両端電圧の上記各タイミングにおける差に基づいて上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子または上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子の故障を検出する。
【００３６】
このような構成により、適切なタイミングで両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【００３７】
またこの発明の別の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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、上記電圧検出部によって検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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、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、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００３８】
これにより、両端電圧の測定タイミングを最適化し、両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【００３９】
好ましくは、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オンタイミングならびに他方の上記オンタイミング、上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方の上記オフタイミングならびに他方の上記オフタイミング、または上記入力スイッチ部および上記出力スイッチ部の一方における上記オンタイミングおよび上記オフタイミングにおいて上記両端電圧を検出し、上記制御部は、上記電圧検出部によって検出された上記両端電圧の上記各タイミングにおける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。
【００４０】
このような構成により、適切なタイミングで両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【００４１】
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をオンした状態において、上記故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。
【００４２】
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容易に検出することができる。
【００４３】
好ましくは、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子は、上記第１の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子は、上記第２の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、上記電圧検出部は、上記第１の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、および上記第２の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において上記両端電圧を検出する。
【００４４】
このように、制御信号の論理レベルが切り替わるタイミングにおいて両端電圧を検出する構成により、簡易な構成で制御信号に同期した測定を行なうことができる。
【００４５】
好ましくは、上記電圧検出部は、上記第１の制御信号および上記第２の制御信号の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を保持するためのサンプルホールド回路と、上記サンプルホールド回路によって保持された電圧をデジタル値に変換するためのアナログ／デジタル変換器とを含む。
【００４６】
このような構成により、両端電圧の測定結果のデジタル値への変換が行われている間に電圧検出部による検出電圧が変動することに起因して、正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および上記第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。
【００５０】
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、電圧検出部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。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。
【００５１】
またこの発明の別の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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、上記電圧検出部によって検出された上記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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み、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、上記電圧検出部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して上記両端電圧を検出する。
【００５２】
これにより、両端電圧の測定タイミングを最適化し、両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００５３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１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。
【図２】本発明の第１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３】本発明の第１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。
【図４】本発明の第１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。
【図５】本発明の第２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。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各スイッチ素子の状態と各キャパシタの電圧波形との関係を示す図である。
【図７】各キャパシタの電圧波形Ａを示す図である。
【図８】各キャパシタの電圧波形Ｂを示す図である。
【図９】各キャパシタの電圧波形Ｃを示す図である。
【図１０】各キャパシタの電圧波形Ｄを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるゲート駆動信号に同期した電圧測定タイミング制御を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるサンプルホールド回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
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。
【００５６】
＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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１１は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１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。
【００６４】
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、出力電圧検出部１１によって検出されたキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、および出力電圧検出部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。
【００６５】
図２は、本発明の第１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１１および１２の構成は出力電圧検出部１０と同様である。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
［動作］
次に、本発明の第１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。
【００６９】
図３は、本発明の第１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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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をオンする。そして、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子と、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フする。
【００７８】
この状態において、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が入力スイッチ部２１に含まれる場合にはキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０およびキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１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。また、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が出力スイッチ部２２に含まれる場合にはキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１およびキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２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。
【００７９】
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をオフし、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Ｖ１と電圧Ｖ０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Ｖ１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Ｃ０に蓄えられた電荷は放電されず、キャパシタＣ１は充電されないからである。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により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ０は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１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。
【００８０】
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をオフし、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Ｖ１と電圧Ｖ０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Ｖ１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Ｃ０に蓄えられた電荷は放電されず、キャパシタＣ１は充電されないからである。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により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ０は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１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。
【００８１】
また、制御部１４は、期間ＴＥ３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Ｖ１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Ｖ１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Ｃ１に蓄えられた電荷は放電されない一方で、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Ｚ４により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ１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。
【００８２】
また、制御部１４は、期間ＴＥ４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をオフする。そして、制御部１４は、この状態における電圧Ｖ１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Ｖ１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Ｃ１に蓄えられた電荷は放電されない一方で、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Ｚ３により、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は等しくなる。制御部１４は、電圧Ｖ１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。
【００８３】
図４は、本発明の第１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。
【００８４】
図４を参照して、期間Ｔ２においては、他の期間と比べて電圧Ｖ１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ＴＥ３およびＴＥ４をたとえば期間Ｔ２において設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ３およびＺ４の故障を高い精度で検出することができる。
【００８５】
ここで、期間Ｔ２の終了間際、すなわち期間Ｔ２の終了タイミングの所定時間前から期間Ｔ２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Ｖ１が上昇方向、電圧Ｖ２が下降方向をとっており、電圧Ｖ１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ＴＥ３および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Ｚ３およびＺ４の故障をさらに高い精度で検出することができる。
【００８６】
また、期間Ｔ４においては、他の期間と比べて電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が大きくなる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１およびＴＥ２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およびＺ２の故障を高い精度で検出することができる。
【００８７】
ここで、期間Ｔ４の開始間際、すなわち期間Ｔ４の開始タイミングから所定時間後のタイミングＴＢにおいて、電圧Ｖ０が上昇方向、電圧Ｖ１が下降方向をとっており、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が最大となる。このため、制御部１４は、期間ＴＥ１およびＴＥ２をたとえばタイミングＴＢにおいて設ける。このような構成により、スイッチ素子Ｚ１およびＺ２の故障をさらに高い精度で検出することができる。
【００８８】
また、本発明の第１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、電圧Ｖ１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。
【００８９】
そこで、本発明の第１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、電圧Ｖ１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。
【００９０】
具体的には、期間ＴＥ３およびＴＥ４においては、保存している電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との差をスイッチ素子Ｚ３または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Ｖ２と電圧Ｖ１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Ｚ３または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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の少なくとも一方をオフした状態におけるキャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出されたキャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。たとえば、制御部１４は、キャパシタＣ１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Ｚ３およびスイッチ素子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Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４は異常であると判定する。
【００９１】
また、期間ＴＥ１およびＴＥ２においては、保存している電圧Ｖ０と電圧Ｖ１との差をスイッチ素子Ｚ１またはＺ２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Ｖ１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またはＺ２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およびスイッチ素子Ｚ２の少なくとも一方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Ｃ１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およびスイッチ素子Ｚ２の少なくとも一方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Ｃ１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およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
これに対して、本発明の第１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、出力電圧検出部１１によって検出されたキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、および出力電圧検出部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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
これに対して、本発明の第１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。
【０１０３】
したがって、本発明の第１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。
【０１０４】
また、本発明の第１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をオンする。制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子と、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フする。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が短絡している場合であっても、故障検出期間において電力伝達用絶縁回路１０１の入力側および出力側間が短絡してしまうことを防ぐことができる。
【０１０５】
また、本発明の第１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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。また、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。このような構成により、スイッチ素子の正常時および短絡故障時におけるキャパシタの両端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。
【０１０６】
なお、本発明の第１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、２つのキャパシタの両端電圧の差に基づいてスイッチ素子の故障を検出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。負荷２０３の電力消費の時間的な推移があらかじめ分かっている場合等、スイッチ素子の正常時および短絡故障時におけるキャパシタの両端電圧をそれぞれ正確に把握できる場合には、制御部１４は、１つのキャパシタの両端電圧に基づいてスイッチ素子の故障を検出する構成であってもよい。この場合、制御部１４は、故障検出対象スイッチ素子が入力スイッチ部２１に含まれる場合にはキャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１に基づいて故障検出対象スイッチ素子の故障を検出し、故障検出対象スイッチ素子が出力スイッチ部２２に含まれる場合にはキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、本発明の第１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。
【０１０９】
また、本発明の第１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。
【０１１０】
次に、本発明の他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。
【０１１１】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と比べて電圧測定タイミングを改良した電力伝達用絶縁回路に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と同様である。
【０１１２】
図５は、本発明の第２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。
【０１１３】
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置２０１は、電力伝達用絶縁回路１０１の代わりに電力伝達用絶縁回路１１１を備える。
【０１１４】
電力伝達用絶縁回路１１１において、制御部１４は、さらに、ゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ４を出力電圧検出部１０〜１２へ出力する。
【０１１５】
出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して電圧Ｖ０、Ｖ１およびＶ２をそれぞれ検出する。
【０１１６】
より詳細には、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１，Ｚ２は、それぞれゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替える。
【０１１７】
出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３，Ｚ４は、それぞれゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替える。
【０１１８】
そして、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理レベルが切り替わるタイミング、およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方においてキャパシタＣ０〜Ｃ２の両端電圧をそれぞれ検出する。
【０１１９】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路における各スイッチ素子の状態と各キャパシタの電圧波形との関係を示す図である。図６において、「○」印はスイッチ素子が正常である場合を示しており、「×」印はスイッチ素子が短絡故障している場合を示している。
【０１２０】
図７は、各キャパシタの電圧波形Ａを示す図である。図８は、各キャパシタの電圧波形Ｂを示す図である。図９は、各キャパシタの電圧波形Ｃを示す図である。図１０は、各キャパシタの電圧波形Ｄを示す図である。
【０１２１】
図６〜図１０を参照して、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が正常である場合、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４のうちのいずれか１つが短絡故障している場合、または入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子が１つずつ短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図７に示す電圧波形Ａのようになる。
【０１２２】
また、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１およびＺ２が短絡故障しており、かつ出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３およびＺ４の少なくとも一方が正常である場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図８に示す電圧波形Ｂのようになる。すなわち、電圧波形Ａと比べて、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が減少し、また、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の脈動幅すなわち振幅が小さくなる。
【０１２３】
また、入力スイッチ部２１におけるスイッチ素子Ｚ１およびＺ２の少なくとも一方が正常であり、かつ出力スイッチ部２２におけるスイッチ素子Ｚ３およびＺ４が短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図９に示す電圧波形Ｃのようになる。すなわち、電圧波形Ａと比べて、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差が減少し、また、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の脈動幅すなわち振幅が小さくなる。
【０１２４】
また、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が短絡故障している場合には、電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、図１０に示す電圧波形Ｄのようになる。すなわち、電圧波形Ａ，Ｂ，Ｃと比べて、電圧Ｖ０〜Ｖ２間の各電圧差が減少し、また、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅すなわち振幅が略ゼロになる。
【０１２５】
図７〜図９に示すように、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は、常に一定ではなく、脈動する。このため、これらの電圧を測定するタイミングによっては、同じ電圧を測定していても測定結果がばらついてしまい、故障検知精度が低下してしまう。
【０１２６】
そこで、本発明の第２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、電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを以下のように制御することにより、故障検知精度を向上させる。
【０１２７】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるゲート駆動信号に同期した電圧測定タイミング制御を示す図である。
【０１２８】
図１１を参照して、ここでは、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４は、対応のゲート駆動信号が論理ハイレベルであるときにオンし、論理ローレベルであるときにオフするものとする。
【０１２９】
図７に示す電圧波形Ａから分かるように、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４のうちの１つだけが短絡故障している場合の電圧Ｖ０〜Ｖ２の波形は、スイッチ素子Ｚ１〜Ｚ４が正常である場合と変わらないため、故障を検出することが困難である。
【０１３０】
このため、電力伝達用絶縁回路１１１では、電力伝達用絶縁回路１０１と同様に、故障検出対象スイッチ素子のペアのスイッチ素子を短絡させる、すなわち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をオンする。そして、短絡させるスイッチ素子以外のスイッチ素子の制御について、期間Ｔ１、期間Ｔ２、期間Ｔ３および期間Ｔ４を繰り返す。これにより、故障検出対象スイッチ素子が故障していた場合に、電圧波形Ｂ〜Ｄを得ることができる。
【０１３１】
具体的な例をあげると、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ１の故障を検出する場合には、スイッチ素子Ｚ２へのゲート駆動信号Ｇ２を論路ローレベルに固定し、期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す。そして、スイッチ素子Ｚ１が短絡故障していれば、図６に示すＮｏ．６と同じ状態となるため、各キャパシタの電圧波形として電圧波形Ｂが得られる。
【０１３２】
また、制御部１４は、スイッチ素子Ｚ３の故障を検出する場合には、スイッチ素子Ｚ４へのゲート駆動信号Ｇ４を論路ローレベルに固定し、期間Ｔ１〜Ｔ４を繰り返す。そして、スイッチ素子Ｚ３が短絡故障していれば、図６に示すＮｏ．１１と同じ状態となるため、各キャパシタの電圧波形として電圧波形Ｃが得られる。
【０１３３】
このような電圧測定タイミング制御を用いて、まず、異なるキャパシタの両端電圧の差に基づいて故障検知を行なう方法について説明する。
【０１３４】
制御部１４は、出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２によって検出された電圧Ｖ０〜Ｖ２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。
【０１３５】
より詳細には、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する。
【０１３６】
具体的には、出力電圧検出部１０および出力電圧検出部１１は、たとえばゲート駆動信号Ｇ４の立ち下がりエッジで電圧Ｖ０および電圧Ｖ１をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ０および電圧Ｖ１の差よりも小さい場合には、入力スイッチ部２１における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１３７】
また、制御部１４は、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。
【０１３８】
具体的には、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、たとえばゲート駆動信号Ｇ２の立ち下がりエッジで電圧Ｖ１および電圧Ｖ２をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の差よりも小さい場合には、出力スイッチ部２２における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１３９】
また、制御部１４は、キャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２とキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０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。
【０１４０】
具体的には、出力電圧検出部１０および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２のうち、故障検出対象スイッチ素子のペアのスイッチ素子以外に対応するゲート駆動信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジで電圧Ｖ０および電圧Ｖ２をそれぞれ検出する。そして、制御部１４は、電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差が、正常状態である電圧波形Ａの同じエッジにおける電圧Ｖ０および電圧Ｖ２の差よりも小さい場合には、入力スイッチ部２１または出力スイッチ部２２における故障検出対象スイッチ素子は異常であると判断する。
【０１４１】
次に、異なるタイミングにおける同じキャパシタの両端電圧の差、すなわち両端電圧の脈動幅に基づいて故障検知を行なう方法について説明する。
【０１４２】
ここでは、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、出力スイッチ部２２における各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、および出力スイッチ部２２における各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミングを考える。
【０１４３】
出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方におけるオンタイミングおよびオフタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する。
【０１４４】
そして、制御部１４は、各タイミングにおいて検出された同じキャパシタの両端電圧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。
【０１４５】
具体的には、出力電圧検出部１０または出力電圧検出部１１は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ３またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ０または電圧Ｖ１を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ０または電圧Ｖ１の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ１は異常であると判断する。
【０１４６】
また、出力電圧検出部１０または出力電圧検出部１１は、ゲート駆動信号Ｇ２、ゲート駆動信号Ｇ３またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ０または電圧Ｖ１を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ０または電圧Ｖ１の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ２は異常であると判断する。
【０１４７】
また、出力電圧検出部１１または出力電圧検出部１２は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ２またはゲート駆動信号Ｇ３の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ３は異常であると判断する。
【０１４８】
また、出力電圧検出部１１または出力電圧検出部１２は、ゲート駆動信号Ｇ１、ゲート駆動信号Ｇ２またはゲート駆動信号Ｇ４の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジで電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を検出する。そして、制御部１４は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおける電圧レベルを比較し、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２の脈動幅が小さい場合には、スイッチ素子Ｚ４は異常であると判断する。
【０１４９】
なお、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅を測定するために、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオンタイミングならびに他方のオンタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する構成であってもよい。たとえば、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりエッジ、およびゲート駆動信号Ｇ３の立ち上がりエッジで電圧Ｖ０ないし電圧Ｖ２を検出する。
【０１５０】
また、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅を測定するために、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオフタイミングならびに他方のオフタイミングにおいて対応のキャパシタの両端電圧を検出する構成であってもよい。たとえば、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりエッジ、およびゲート駆動信号Ｇ３の立ち下がりエッジで電圧Ｖ０ないし電圧Ｖ２を検出する。
【０１５１】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるサンプルホールド回路の構成を示す図である。
【０１５２】
図１２を参照して、サンプルホールド回路６１は、スイッチ素子５１と、キャパシタ５２とを含む。サンプルホールド回路６１およびアナログ／デジタル変換器５３は、たとえば出力電圧検出部１０〜１２にそれぞれ設けられる。ここでは、出力電圧検出部１０に設けられるサンプルホールド回路およびアナログ／デジタル変換器について代表的に説明する。
【０１５３】
サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ４のうちの少なくとも１つに同期して対応のキャパシタの両端電圧を保持する。
【０１５４】
アナログ／デジタル変換器５３は、サンプルホールド回路６１によって保持された電圧をデジタル値に変換し、制御部１４へ出力する。
【０１５５】
より詳細には、スイッチ素子５１は、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０をキャパシタ５２に供給するか否かを切り替える。アナログ／デジタル変換器５３は、キャパシタ５２の両端電圧をデジタル値に変換して出力する。
【０１５６】
サンプルホールド回路６１は、あるタイミングにおいてスイッチ素子５１をオンすることにより、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を保持する、すなわち両端電圧Ｖ０による電荷をキャパシタ５２に蓄積し、すぐにスイッチ素子５１をオフする。これにより、各タイミングにおける両端電圧Ｖ０の変動に関わらず、キャパシタ５２の両端電圧が一定となる。
【０１５７】
たとえば、出力電圧検出部１０がゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりエッジにおいてキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する場合には、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりタイミングから１マイクロ秒以下の間だけスイッチ素子５１をオンする。
【０１５８】
また、出力電圧検出部１０がゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりエッジにおいてキャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する場合には、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりタイミングより１マイクロ秒以下前から当該立ち下がりタイミングまでの間だけスイッチ素子５１をオンする。
【０１５９】
ここで、アナログ／デジタル変換器５３では、アナログ／デジタル変換に要する時間が、測定電圧である両端電圧Ｖ０の脈動周期より長くなる場合がある。この場合、制御部１４が取得する両端電圧Ｖ０がばらついてしまう。
【０１６０】
これに対して、電力伝達用絶縁回路１０１では、サンプルホールド回路６１を設ける構成により、アナログ／デジタル変換が行われている間に出力電圧検出部１０による検出電圧が変動することに起因して正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【０１６１】
ところで、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２は、常に一定ではなく、脈動する。このため、これらの電圧を測定するタイミングによっては、同じ電圧を測定していても測定結果がばらついてしまい、故障検知精度が低下してしまう。
【０１６２】
そこで、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２は、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して両端電圧を検出する。
【０１６３】
このように、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、ゲート駆動信号と両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の変動とが同期することに着目した故障検知動作を行なう。すなわち、制御部１４は、両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを制御してゲート駆動信号に同期させる。これにより、両端電圧Ｖ０〜Ｖ２の測定タイミングを最適化し、各両端電圧の毎回の測定において安定した測定値を得ることができるため、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【０１６４】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０は、スイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０を、入力スイッチ部２１における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２、ならびに出力スイッチ部２２における各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるためのゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４、の少なくとも一方に同期して検出する。そして、制御部１４は、出力電圧検出部１０、出力電圧検出部１１および出力電圧検出部１２によってそれぞれ検出された電圧Ｖ０〜Ｖ２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。
【０１６５】
このように、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１およびキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２に加えて、キャパシタＣ０の両端電圧Ｖ０を検出する構成により、故障検知精度をさらに向上させることができる。
【０１６６】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とキャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２との差に基づいてスイッチ素子Ｚ３およびスイッチ素子Ｚ４の故障を検出する。
【０１６７】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、各キャパシタの両端電圧の差が小さい場合でも、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【０１６８】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１とスイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０との差に基づいてスイッチ素子Ｚ１およびスイッチ素子Ｚ２の故障を検出する
【０１６９】
このように、異常時に電圧差が大幅に小さくなる両端電圧を用いることにより、スイッチ素子の故障を正確に検出することができる。
【０１７０】
また、本発明の第２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、キャパシタＣ２の両端電圧Ｖ２とスイッチ素子Ｚ１の第１端およびスイッチ素子Ｚ２の第１端間の両端電圧Ｖ０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。
【０１７１】
このような構成により、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の両方におけるスイッチ素子の故障を検出することができる。
【０１７２】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０〜１２は、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオンタイミングならびに他方のオンタイミング、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方のオフタイミングならびに他方のオフタイミング、または入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の一方におけるオンタイミングおよびオフタイミングにおいて対応の両端電圧を検出する。そして、制御部１４は、各出力電圧検出部によって検出された同じ両端電圧の各タイミングにおける差に基づいて入力スイッチ部２１における各スイッチ素子または出力スイッチ部２２における各スイッチ素子の故障を検出する。
【０１７３】
このような構成により、適切なタイミングでキャパシタの両端電圧の脈動を測定し、正確な測定結果を得ることができる。
【０１７４】
また、本発明の第２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。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をオンした状態において、故障検出対象スイッチ素子の故障を検出する。
【０１７５】
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容易に検出することができる。
【０１７６】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、出力電圧検出部１０〜１２は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２の論理レベルが切り替わるタイミング、およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において両端電圧を検出する。
【０１７７】
このように、ゲート駆動信号の論理レベルが切り替わるタイミングにおいて両端電圧を検出する構成により、簡易な構成でゲート駆動信号に同期した測定を行なうことができる。
【０１７８】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、サンプルホールド回路６１は、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２およびゲート駆動信号Ｇ３，Ｇ４の少なくとも一方に同期して対応の両端電圧を保持する。そして、アナログ／デジタル変換器５３は、サンプルホールド回路６１によって保持された電圧をデジタル値に変換する。
【０１７９】
このような構成により、キャパシタの両端電圧の測定結果のデジタル値への変換が行われている間に出力電圧検出部による検出電圧が変動することに起因して、正確な測定結果が得られなくなることを防ぐことができる。すなわち、安定した電圧測定を行なうことができる。
【０１８０】
なお、本発明の第２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、各タイミングにおいて電圧Ｖ０〜Ｖ２をすべて測定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。電圧Ｖ０〜Ｖ２を毎回測定する構成に限らず、たとえば、ゲート駆動信号の周期ごとに順番に測定する構成であってもよい。このような構成により、制御部１４の構成および処理の簡易化を図ることができる。
【０１８１】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅をすべて測定する構成であるとしたが、これに限定するものではない。少なくとも電圧Ｖ１の脈動幅を測定する構成であれば、入力スイッチ部２１および出力スイッチ部２２の両方の故障を検知可能である。すなわち、電圧Ｖ１の脈動幅を測定することにより、１つの出力電圧検出部のみで、電力伝達用絶縁回路１１１の故障検出を行なうことが可能である。
【０１８２】
また、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、電圧Ｖ０〜Ｖ２の脈動幅の測定、および電圧Ｖ０〜Ｖ２間の電圧差の測定の両方を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではない。これらの測定の一方を行なうことにより、電力伝達用絶縁回路１１１の故障検出を行なうことが可能である。
【０１８３】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１８４】
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。
【符号の説明】
【０１８５】
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
５１ スイッチ素子
５２ キャパシタ
５３ アナログ／デジタル変換器
６１ サンプルホールド回路
１０１，１１１ 電力伝達用絶縁回路
１０２ 整流部
２０１，２０２ 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
Ｒ１ 入力抵抗
Ｒ２ 出力抵抗
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４ スイッチ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および前記第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。
【請求項２】
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をオンし、前記故障検出対象スイッチ素子と、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フした状態において、前記故障検出対象スイッチ素子が前記入力スイッチ部に含まれる場合には前記第１の蓄電素子の両端電圧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し、前記故障検出対象スイッチ素子が前記出力スイッチ部に含まれる場合には前記第２の蓄電素子の両端電圧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。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第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。
【請求項４】
前記制御部は、前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における前記第１の蓄電素子の両端電圧および前記第２の蓄電素子の両端電圧、または各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３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧および前記第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３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項３に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項５】
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３の電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記入力電圧との差に基づいて前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における前記入力電圧および前記第１の蓄電素子の両端電圧、または各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のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の少なくとも一方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１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のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項５に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出し、
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２の期間において前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出し、前記第４の期間において前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項５に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項８】
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６のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項９】
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６のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１０】
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、
前記第１の電圧検出部および前記第２の電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、請求項１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１１】
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端および前記第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して検出するための第３の電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１の電圧検出部、前記第２の電圧検出部および前記第３の電圧検出部によって検出された前記両端電圧に基づいて前記第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１０に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１０または１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第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端間の両端電圧との差に基づいて前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第２の蓄電素子の両端電圧と前記第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、請求項１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１５】
前記各電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オンタイミングならびに他方の前記オンタイミング、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オフタイミングならびに他方の前記オフタイミング、または前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方における前記オンタイミングおよび前記オフタイミングにおいて前記両端電圧を検出し、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記両端電圧の前記各タイミングにおける差に基づいて前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子または前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子の故障を検出する、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１６】
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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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、
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、
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、電力伝達用絶縁回路。
【請求項１７】
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オンタイミングならびに他方の前記オンタイミング、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オフタイミングならびに他方の前記オフタイミング、または前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方における前記オンタイミングおよび前記オフタイミングにおいて前記両端電圧を検出し、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記両端電圧の前記各タイミングにおける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、請求項１６に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１８】
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をオンした状態において、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１０から１７のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１９】
前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子は、前記第１の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、
前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子は、前記第２の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、
前記電圧検出部は、前記第１の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、および前記第２の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において前記両端電圧を検出する、請求項１０から１８のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２０】
前記電圧検出部は、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を保持するためのサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路によって保持された電圧をデジタル値に変換するためのアナログ／デジタル変換器とを含む、請求項１０から１９のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２１】
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２０のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２２】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および前記第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。
【請求項２３】
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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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み、
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、
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、電力変換装置。
【請求項１】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および前記第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。
【請求項２】
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をオンし、前記故障検出対象スイッチ素子と、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フした状態において、前記故障検出対象スイッチ素子が前記入力スイッチ部に含まれる場合には前記第１の蓄電素子の両端電圧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し、前記故障検出対象スイッチ素子が前記出力スイッチ部に含まれる場合には前記第２の蓄電素子の両端電圧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。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第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。
【請求項４】
前記制御部は、前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における前記第１の蓄電素子の両端電圧および前記第２の蓄電素子の両端電圧、または各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３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態において新たに検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧および前記第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３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項３に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項５】
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３の電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記入力電圧との差に基づいて前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の少なくとも一方をオフした状態における前記入力電圧および前記第１の蓄電素子の両端電圧、または各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のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の少なくとも一方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１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のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項５に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出し、
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２の期間において前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出し、前記第４の期間において前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項５に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項８】
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６のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項９】
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６のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１０】
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、
前記第１の電圧検出部および前記第２の電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、請求項１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１１】
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端および前記第２のスイッチ素子の第１端間の両端電圧を、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して検出するための第３の電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１の電圧検出部、前記第２の電圧検出部および前記第３の電圧検出部によって検出された前記両端電圧に基づいて前記第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１０に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第２の蓄電素子の両端電圧との差に基づいて前記第３のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１０または１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第１の蓄電素子の両端電圧と前記第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端間の両端電圧との差に基づいて前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子の故障を検出する、請求項１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第２の蓄電素子の両端電圧と前記第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、請求項１１に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１５】
前記各電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オンタイミングならびに他方の前記オンタイミング、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オフタイミングならびに他方の前記オフタイミング、または前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方における前記オンタイミングおよび前記オフタイミングにおいて前記両端電圧を検出し、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記両端電圧の前記各タイミングにおける差に基づいて前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子または前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子の故障を検出する、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１６】
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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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、
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、
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、電力伝達用絶縁回路。
【請求項１７】
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオフからオンへ切り替わるオンタイミング、前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子がオンからオフへ切り替わるオフタイミング、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がオフからオンへ切り替わるオンタイミングについて、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オンタイミングならびに他方の前記オンタイミング、前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方の前記オフタイミングならびに他方の前記オフタイミング、または前記入力スイッチ部および前記出力スイッチ部の一方における前記オンタイミングおよび前記オフタイミングにおいて前記両端電圧を検出し、
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記両端電圧の前記各タイミングにおける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、請求項１６に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１８】
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をオンした状態において、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１０から１７のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項１９】
前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子は、前記第１の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、
前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子は、前記第２の制御信号の論理ハイレベルおよび論理ローレベルの切り替わりに応答してオンおよびオフを切り替え、
前記電圧検出部は、前記第１の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、および前記第２の制御信号の論理レベルが切り替わるタイミング、の少なくとも一方において前記両端電圧を検出する、請求項１０から１８のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２０】
前記電圧検出部は、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を保持するためのサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路によって保持された電圧をデジタル値に変換するためのアナログ／デジタル変換器とを含む、請求項１０から１９のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２１】
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２０のいずれか１項に記載の電力伝達用絶縁回路。
【請求項２２】
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の蓄電素子の両端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第１の蓄電素子の両端電圧、および前記第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。
【請求項２３】
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の蓄電素子の両端電圧を検出するための電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記第１の蓄電素子の両端電圧に基づいて、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み、
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、
前記電圧検出部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第１の制御信号、ならびに前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子のオンおよびオフを切り替えるための第２の制御信号、の少なくとも一方に同期して前記両端電圧を検出する、電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９６７６（Ｐ２０１２−１９６７６Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０９０（Ｐ２０１１−１８０９０）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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