電力変換装置
【課題】入力電源からの直流電圧を昇圧または降圧した直流電圧に変換する電力変換装置において、ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を正常に検出できない場合がある。
【解決手段】中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値Ｖ１を設定する電圧設定手段４４１と所定の判定時間Ｔ１を設定する時間設定手段４４３とを有した設定部４４、電力変換部の運転開始後に中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマ４６１を有し、タイマで計測された時間が時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、中間コンデンサに蓄電される電圧が電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部４６を備えた。
【解決手段】中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値Ｖ１を設定する電圧設定手段４４１と所定の判定時間Ｔ１を設定する時間設定手段４４３とを有した設定部４４、電力変換部の運転開始後に中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマ４６１を有し、タイマで計測された時間が時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、中間コンデンサに蓄電される電圧が電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部４６を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は直流電圧を昇圧または降圧した直流電圧に変換する電力変換装置に関し、特にＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を検出して装置の異常を検知できるようにしたＤＣ／ＤＣ電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、スイッチ素子のオンオフ動作を利用して、リアクトルへのエネルギーの蓄勢と放勢の量をコントロールして直流から直流への電圧変換を行っている。また、このリアクトルは大型で重いという課題があることから、コンデンサの充放電を利用してリアクトルに印加される電圧を低減し、そのリアクトルに必要なインダクタンス値を低減することにより、リアクトルを小型・軽量化する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、電力変換装置は、太陽電池を使用した発電装置、風力発電装置、燃料電池システム、ハイブリッド自動車など様々の装置に使用されている。
例えば、太陽光発電機やガスエンジン発電機等の分散型電源からの直流電力を商用系統の交流電力に変換するパワーコンディショナ装置においては、分散型電源からの直流電力を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路で昇圧した直流電力を平滑化する電解コンデンサと、この電解コンデンサで平滑化した直流電力を商用系統の交流電力に変換するインバータ回路を備えている。
そして電解コンデンサは使用頻度や使用環境に応じて劣化することで容量抜けが生じ、パワーコンディショナ装置の大きな故障原因に繋がるため、この電解コンデンサの劣化（容量抜け）の有無を事前に認識することが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
この特許文献２は、昇圧回路が昇圧動作を開始して直流電力を電解コンデンサに順次充電し、昇圧完了レベルに到達すると昇圧動作を停止する。次に電解コンデンサに充電された電圧を放電して、放電開始から基準電圧値以下に低下するまでの放電時間を測定し、放電時間が正常時の基準放電時間以下であると判定されると、電解コンデンサの容量劣化と判断するようにしたものである。
【０００５】
また、太陽電池などの直流電源から入力される直流電圧を昇圧し、一定の電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの電力変換装置において、入力電圧センサによって検出された電力変換回路の入力電圧と、出力電圧センサによって検出された電力変換回路の出力電圧との相違に基づいて、入力電圧センサ、出力電圧センサ及び電力変換回路を含む回路に異常が発生したか否かを判定することも知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−９２１６２号公報
【特許文献２】特開２００８−４３０６１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の特許文献２は、電解コンデンサ自体の容量劣化を検出することは可能であるが、
電圧センサの異常などにより電解コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥るような故障などは検出できないという問題があった。
また、特許文献３は、入力電圧センサによって検出された入力電圧と、出力電圧センサによって検出された出力電圧との相違に基づいて異常を検出するもので、入力電圧センサ、出力電圧センサ及び電力変換回路のどの箇所に異常が発生したのか、特定が困難であり、また異常を検出する制御回路も複雑であった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電圧センサの異常などにより電力変換部の中間コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥ったことを検出するようにした電力変換装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の電力変換装置は、入力電源からの直流電圧を昇圧し、所定の直流電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換部を有し、ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を電圧センサで検出するようにした電力変換装置において、中間コンデンサに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値を設定する電圧設定手段と所定の判定時間を設定する時間設定手段とを有した設定部、ＤＣ／ＤＣ電力変換部の運転開始後に中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマを有し、このタイマで計測された時間が時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、中間コンデンサに蓄電される電圧が電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部を備え、異常検出部が中間コンデンサの不足電圧を検出した場合にＤＣ／ＤＣ電力変換部の制御を停止するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、太陽光発電パワーコンディショナなどの電力変換装置において、電圧センサの異常等により中間コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥った場合、コンデンサの発熱や過電圧にいたる異常制御状態を防止することができる。
また、運転開始の初動動作時に異常を検出することにより、部品故障や装置破損の影響範囲を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明が適用される電力変換装置の全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御回路のブロック図である。
【図３】この発明の電力変換装置の運転時における不足電圧検出の動作を説明するタイミング図である。
【図４】この発明の電力変換装置の運転開始時における不足電圧検出の動作を説明するタイミング図である。
【図５】この発明の電力変換装置の制御回路のプログラムフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を図１〜図５に基づいて説明する。なお、この実施形態では電力変換装置として、マルチレベルチョッパ回路を有する太陽光発電パワーコンディショナのＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明するが、この発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図１はこの発明が適用される電力変換装置の全体構成図を示し、図１において、電力変換装置１０は、太陽光発電機などで得られる直流電源の入力電源２０と、直流を交流に変
換するインバータと組み合わせて工場などの系統に接続される負荷３０との間に接続されている。電力変換装置１０はＤＣ／ＤＣ電力変換部１１とその制御回路１２で構成され、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１と制御回路１２の間には、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１内の後述するコンデンサに蓄電される電圧を検出する電圧センサ（図示省略）からの信号をそれぞれ入力する差動アンプ回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１は、入力電源２０からの直流の入力電圧Ｖｉｎを平準化する平滑用の入力コンデンサＣｉｎと、昇圧動作のためのリアクトルＬと、制御回路１２からの信号によりＯＮ、ＯＦＦ動作をする、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor）などの第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦ動作により充放電動作を行う中間コンデンサＣｆと、出力からの逆流を防止する直列接続された第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２と、出力側に接続された平滑用の出力コンデンサＣｏｕｔとを備えている。
【００１５】
そして、入力電源２０とリアクトルＬと第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は互いに直列に接続されている。また、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２は互いに直列に接続され、その全体は平滑用の出力コンデンサＣｏｕｔに並列に接続されている。中間コンデンサＣｆは第１のダイオードＤ１と第２のスイッチング素子Ｓ２に並列に接続されている。
【００１６】
このような構成のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０の動作について説明する。
１）入力電圧Ｖｉｎの２倍より小さい直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換する場合
まず、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにする。この時、入力電源２０の入力電圧Ｖｉｎ（入力コンデンサＣｉｎは容量が大きいとして所定の時間内の動作では直流電源と見做してもよい）は、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→中間コンデンサＣｆ→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬと中間コンデンサＣｆに移行する。
【００１７】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２が共にＯＦＦの時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＮにする。この時、中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが、中間コンデンサＣｆ→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→中間コンデンサＣｆという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行すると共に、リアクトルＬにエネルギーを蓄積する。
【００１８】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２が共にＯＦＦの時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
この一連の動作の繰り返しにより、Ｖｉｎ≦Ｖｏｕｔ＜２×Ｖｉｎの範囲で、入力された電圧Ｖｉｎを昇圧調整して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００１９】
２）入力電圧Ｖｉｎの２倍より大きい直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換する場合
まず、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２を共にＯＮにする。この時、入力電源２０の入力電圧Ｖｉｎは、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経
路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬに移行する。
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにする。この時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→中間コンデンサＣｆ→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、中間コンデンサＣｆに移行する。
【００２０】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２を共にＯＮにする。この時、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧Ｖｉｎは、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬに移行する。
【００２１】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＮにする。この時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーと中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→中間コンデンサＣｆ→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
この一連の動作の繰り返しにより、Ｖｏｕｔ＞２×Ｖｉｎの範囲で、入力された電圧Ｖｉｎを昇圧調整して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００２２】
昇圧に限らず降圧の場合も、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をＯＮ、ＯＦＦ制御して得ることができ、こうして電力変換装置はマルチレベルチョッパ回路として機能するが、この発明は電力変換装置の昇圧または降圧動作に特徴がある訳でないので、これ以上の説明については省略する。
【００２３】
次に、この発明の電力変換装置の制御回路について図２に基づき説明する。
図２において、電圧センサ入力部４１は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の入力コンデンサＣｉｎと中間コンデンサＣｆと出力コンデンサＣｏｕｔに蓄電される電圧を検出する電圧センサ（図示省略）からの信号を入力する。制御演算部４２は、電圧センサ入力部４１から入力される入力コンデンサＣｉｎの入力電圧Ｖｉｎと出力コンデンサＣｏｕｔの出力電圧Ｖｏｕｔを比較して、比較結果を基に出力電圧Ｖｏｕｔが所定値になるようスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦ時間のデューティ比を演算する。ゲートパルス出力部４３は、制御演算部４２からの信号により、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のゲートに入力する信号パルスを生成する。
【００２４】
ここで、図１に示す電力変換装置において、中間コンデンサＣｆに蓄えられる電圧Ｖｃｆが正常値に保たれていなければ、安定した出力電圧Ｖｏｕｔが得られないため、中間コンデンサＣｆの過電圧・不足電圧を検出する必要がある。
そこで、中間コンデンサＣｆの不足電圧を検出する手段として、制御回路１２内に設定部４４と、電力変換部１１の運転状態に応じた信号を出力する状態信号出力部４５と、不足電圧を検出する異常検出部４６とを備えている。また異常検出部４６が中間コンデンサＣｆの不足電圧を検出した場合にＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の制御を停止する運転停止制御部４７を備えている。
【００２５】
設定部４４は、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧の不足電圧を検出するために、検出開始電圧値Ｖ１を設定する電圧設定手段４４１と、電圧設定手段４４１で設定した検出開始電圧値Ｖ１よりも小さい値の不足電圧判定値Ｖ２を設定する判定値設定手段４４２と、充電開始後の時間監視を行うために所定の判定時間Ｔ１を設定する時間設定手段４４３とを有している。
【００２６】
状態信号出力部４５は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１が停止の時は「０」で、運転状態になった時に「１」の信号を出力する運転状態部４５１と、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１が運転後に中間コンデンサＣｆが充電を開始した時に「１」（またはＯＮ）の信号を出力し、充電が開始されていない時は「０」（またはＯＦＦ）の信号を出力する充電開始部４５２を有している。
【００２７】
異常検出部４６は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の運転開始後に中間コンデンサＣｆの充電が可能となった時点から時間計測するタイマ４６１と、中間コンデンサＣｆに蓄電された電圧が不足電圧判定値Ｖ２以下になった時間を計測するカウンタ４６２と、タイマ４６１で計測された時間が時間設定手段４４３で設定された所定の判定時間Ｔ１以上経過しても、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧が電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇しない場合に、中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する第１の判定部４６３と、中間コンデンサＣｆに蓄電された電圧が検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇した後、カウンタ４６２によるカウント値（中間コンデンサＣｆの電圧が不足電圧判定値Ｖ２以下になった継続時間）が所定値（例えば３カウント＝３ｍｓ）以上になった時に、中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する第２の判定部４６４と、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧が、電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１未満の時は不足電圧検出を「無効」とし、電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇した時に不足電圧検出を「有効」とするフラグを出力する検出フラグ発生器４６５とを備えている。
【００２８】
なお、異常検出部４６のカウンタ４６２はタイマに代えてもよい。また、制御回路１２内の異常検出部４６は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよいが、制御回路１２内にメモリ及びＣＰＵ等を設けソフトウェアにより、それぞれの機能を実現してもよい。
【００２９】
次に図２の制御回路による、中間コンデンサＣｆの不足電圧検出の方法を図３および図４に基づいて説明する。
まず図３に示すように、電力変換装置１０の運転開始後に、充電開始条件成立（ＯＮ）後、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが上昇し、検出開始電圧値Ｖ１を超えることで不足電圧検出のフラグが「有効」となった場合について説明する。
【００３０】
状態信号出力部４５の運転状態部４５１から、電力変換装置１０が運転状態になったことを示す「１」の信号が図３（ｅ）のように出力され、さらに充電開始部４５２から中間コンデンサＣｆの充電開始を示す「ＯＮ」の信号が図３（ｃ）のように出力される。
中間コンデンサＣｆに充電される電圧Ｖｃｆは、図３（ｂ）のように順次上昇して行き、その電圧Ｖｃｆが電圧設定手段４４１で設定された図３（ａ）に示す検出開始電圧値Ｖ１を超えると、検出フラグ発生器４６５は不足電圧検出フラグを図３（ｄ）に示すように「有効」とする。
【００３１】
不足電圧検出フラグが有効期間中に、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが判定値設定手段４４２で設定された図３（ａ）に示す不足電圧判定値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）以下となった時から、カウンタ４６２がカウントを始め、カウンタ４６２によるカウンタ値が所定値（例えば３カウント）以上になった時に、第２の判定部４６４が中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する。そして第２の判定部４６４は運転停止制御部４７にエラー信号を送り、電力変換装置１０の制御を停止する。
なお、カウンタ４６２をタイマに代えた場合は、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が、整定時間（一例として３ｍｓ）以上継続した場合に、第２の判定部４６４は中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定し、電力変換装置１０の制御を停止する。
【００３２】
この中間コンデンサＣｆの不足電圧検出方法では、電力変換装置１０の運転を開始し、一旦中間コンデンサＣｆの充電が完了した後に電圧低下を監視するものであり、電圧センサの入力が正常で、中間コンデンサＣｆの電圧値が正常に読み取れている状態でのみ可能である。中間コンデンサＣｆの電圧値を検出する電圧センサの入力の断線など、電圧値を読み取れない場合には、中間コンデンサＣｆの充電状態が監視できず、中間コンデンサＣｆの過充電や発熱など異常制御状態に陥るという問題がある。
【００３３】
そこで、この発明は電圧センサの入力断線などで中間コンデンサＣｆの電圧値を読み取れない場合でも、不足電圧として検出する機能を備えている。以下、この中間コンデンサＣｆの不足電圧検出の方法について説明する。
図４に示すように、電力変換装置１０の運転開始後に、充電可能となった（ＯＮ）後、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが所定値まで上昇しないで不足電圧検出のフラグがまだ「無効」の場合について説明する。
【００３４】
状態信号出力部４５の運転状態部４５１から、電力変換装置１０が運転状態になったことを示す「１」の信号が図４（ｅ）のように出力され、さらに充電開始部４５２から中間コンデンサＣｆの充電開始を示す「ＯＮ」の信号が図４（ｃ）のように出力される。タイマ４６１はこの時点から時間計測する。
中間コンデンサＣｆに充電される電圧Ｖｃｆは、図４（ｂ）のように微かに上昇して行くが、タイマ４６１による時間計測が時間設定手段４４３で設定された判定時間Ｔ１以上経過しても、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが、電圧設定手段４４１で設定された図４（ａ）に示す検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇しない場合、第１の判定部４６３は中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する。そして第１の判定部４６３は運転停止制御部４７にエラー信号を送り、電力変換装置１０の制御を停止する。
【００３５】
これの動作を図５に示す制御回路１２のプログラムフローチャートに基づいて説明する。
まずステップＳ１は、電力変換装置１０が運転中かどうか判断する。ステップＳ１において電力変換装置１０が運転中の場合（ＹＥＳ）はステップＳ２に進み、電力変換装置１０が運転中でない場合（ＮＯ）はステップＳ３に進む。ステップＳ３では中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出を「無効」とする。
【００３６】
ステップＳ２では、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１以上になったかどうか判断する。ステップＳ２において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１以上の場合（ＹＥＳ）はステップＳ４に進み、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１未満の場合（ＮＯ）はステップＳ５に進む。ステップＳ４では、中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出を「有効」とし、ステップＳ５に進む。
【００３７】
ステップＳ５では、中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出が有効であるか否か判断する。ステップＳ５において、不足電圧の検出が有効である場合（ＹＥＳ）はステップＳ６に進み、不足電圧の検出が無効である場合（ＮＯ）はステップＳ１２に進む。
ステップＳ６において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下になったかどうか判断する。ステップＳ６において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下になった場合（ＹＥＳ）はステップＳ７に進み、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下でない場合（ＮＯ）はステップＳ８に進む。
【００３８】
ステップＳ７では、不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が整定時間以上継続するかを検出するカウンタ４６２を更新し（Ｃｎｔ）、カウンタ４６２によるカウントを開始する。
一方、ステップＳ８は、不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が整定時間以上継続するか
を検出するカウンタ４６２をクリア（Ｃｎｔ＝０）し、カウンタ４６２によるカウントは行わない。
【００３９】
ステップＳ９においては、カウンタ４６２によるカウントが所定値（一例として３）以上かどうか判断する。ステップＳ９において、カウンタ４６２によるカウントが所定値以上になれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進み、カウンタ４６２によるカウントが所定値以上にならなければステップＳ１１に進む。
ステップＳ１０においては、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧になったと検出し、ステップＳ１１に進むと同時に、電力変換装置１０の制御を停止してエンドとなる。なおステップＳ１１の動作については後述する。
【００４０】
以上が図３で説明した、電力変換装置１０の運転開始後に、充電開始条件成立（ＯＮ）後、不足電圧検出のフラグが「有効」（Ｖｃｆ＞Ｖ１）の場合における不足電圧検出方法である。
次に、不足電圧検出のフラグが「無効」（Ｖｃｆ＜Ｖ１）の場合における不足電圧検出方法を図５のプログラムフローチャートで説明する。
【００４１】
ステップＳ１２は、ステップＳ５において中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出が「無効」である場合に、中間コンデンサＣｆへの充電開始の条件を監視する。ステップＳ１２において、充電開始の場合（ＹＥＳ）はステップＳ１３に進み、充電開始が行われていない場合（ＮＯ）はステップＳ１４に進む。ステップＳ１３では、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１を更新し（Ｔｉｍｅｒ）、タイマ４６１による時間を計測する。
一方、ステップＳ１４は、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１をクリア（Ｔｉｍｅｒ＝０）し、タイマ４６１による時間計測は行わない。
【００４２】
ステップＳ１５は、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えているかどうか判断する。ステップＳ１５において、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていた場合（ＹＥＳ）はステップＳ１６に進み、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていない場合（ＮＯ）はステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていたため、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧になったと検出し、ステップＳ１７に進むと同時に、電力変換装置１０の制御を停止してエンドとなる。
【００４３】
なお、ステップＳ１１は、不足電圧検出のフラグが「有効」（Ｖｃｆ＞Ｖ１）の場合において、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１をクリア（Ｔｉｍｅｒ＝０）しておくもので、一方、ステップＳ１７は、不足電圧検出のフラグが「無効」（Ｖｃｆ＜Ｖ１）の場合において、カウンタ４６２によるカウントをクリア（Ｃｎｔ＝０）しておくものである。
【００４４】
また、以上の説明では電圧センサの異常の状態検知をハードウェアにより行うようにしたが、電圧センサの異常の状態検知をソフトウェアで実施することにより、電圧センサの二重化などＨ／Ｗによる対策と比較して低コストであり、主回路構造を単純化することができる。
また、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０：電力変換装置 １１：ＤＣ／ＤＣ電力変換部
１２：制御回路
２０：入力電源 ３０：負荷
４１：電圧センサ入力部 ４２：制御演算部
４３：ゲートパルス出力部 ４４：設定部
４５：状態信号出力部 ４６：異常検出部
４７：運転停止制御部
４４１：電圧設定手段 ４４２：判定値設定手段
４４３：時間設定手段
４５１：運転状態部 ４５２：充電開始部
４６１：タイマ ４６２：カウンタ
４６３：第１の判定部 ４６４：第２の判定部
４６５：検出フラグ発生器
Ｃｉｎ，Ｃｆ，Ｃｏｕｔ：コンデンサ Ｌ：リアクトル
Ｄ１，Ｄ２：ダイオード Ｓ１，Ｓ２：スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は直流電圧を昇圧または降圧した直流電圧に変換する電力変換装置に関し、特にＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を検出して装置の異常を検知できるようにしたＤＣ／ＤＣ電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、スイッチ素子のオンオフ動作を利用して、リアクトルへのエネルギーの蓄勢と放勢の量をコントロールして直流から直流への電圧変換を行っている。また、このリアクトルは大型で重いという課題があることから、コンデンサの充放電を利用してリアクトルに印加される電圧を低減し、そのリアクトルに必要なインダクタンス値を低減することにより、リアクトルを小型・軽量化する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、電力変換装置は、太陽電池を使用した発電装置、風力発電装置、燃料電池システム、ハイブリッド自動車など様々の装置に使用されている。
例えば、太陽光発電機やガスエンジン発電機等の分散型電源からの直流電力を商用系統の交流電力に変換するパワーコンディショナ装置においては、分散型電源からの直流電力を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路で昇圧した直流電力を平滑化する電解コンデンサと、この電解コンデンサで平滑化した直流電力を商用系統の交流電力に変換するインバータ回路を備えている。
そして電解コンデンサは使用頻度や使用環境に応じて劣化することで容量抜けが生じ、パワーコンディショナ装置の大きな故障原因に繋がるため、この電解コンデンサの劣化（容量抜け）の有無を事前に認識することが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
この特許文献２は、昇圧回路が昇圧動作を開始して直流電力を電解コンデンサに順次充電し、昇圧完了レベルに到達すると昇圧動作を停止する。次に電解コンデンサに充電された電圧を放電して、放電開始から基準電圧値以下に低下するまでの放電時間を測定し、放電時間が正常時の基準放電時間以下であると判定されると、電解コンデンサの容量劣化と判断するようにしたものである。
【０００５】
また、太陽電池などの直流電源から入力される直流電圧を昇圧し、一定の電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの電力変換装置において、入力電圧センサによって検出された電力変換回路の入力電圧と、出力電圧センサによって検出された電力変換回路の出力電圧との相違に基づいて、入力電圧センサ、出力電圧センサ及び電力変換回路を含む回路に異常が発生したか否かを判定することも知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−９２１６２号公報
【特許文献２】特開２００８−４３０６１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の特許文献２は、電解コンデンサ自体の容量劣化を検出することは可能であるが、
電圧センサの異常などにより電解コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥るような故障などは検出できないという問題があった。
また、特許文献３は、入力電圧センサによって検出された入力電圧と、出力電圧センサによって検出された出力電圧との相違に基づいて異常を検出するもので、入力電圧センサ、出力電圧センサ及び電力変換回路のどの箇所に異常が発生したのか、特定が困難であり、また異常を検出する制御回路も複雑であった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電圧センサの異常などにより電力変換部の中間コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥ったことを検出するようにした電力変換装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の電力変換装置は、入力電源からの直流電圧を昇圧し、所定の直流電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換部を有し、ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を電圧センサで検出するようにした電力変換装置において、中間コンデンサに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値を設定する電圧設定手段と所定の判定時間を設定する時間設定手段とを有した設定部、ＤＣ／ＤＣ電力変換部の運転開始後に中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマを有し、このタイマで計測された時間が時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、中間コンデンサに蓄電される電圧が電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部を備え、異常検出部が中間コンデンサの不足電圧を検出した場合にＤＣ／ＤＣ電力変換部の制御を停止するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、太陽光発電パワーコンディショナなどの電力変換装置において、電圧センサの異常等により中間コンデンサの電圧値が正常に検出できない状態に陥った場合、コンデンサの発熱や過電圧にいたる異常制御状態を防止することができる。
また、運転開始の初動動作時に異常を検出することにより、部品故障や装置破損の影響範囲を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明が適用される電力変換装置の全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御回路のブロック図である。
【図３】この発明の電力変換装置の運転時における不足電圧検出の動作を説明するタイミング図である。
【図４】この発明の電力変換装置の運転開始時における不足電圧検出の動作を説明するタイミング図である。
【図５】この発明の電力変換装置の制御回路のプログラムフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を図１〜図５に基づいて説明する。なお、この実施形態では電力変換装置として、マルチレベルチョッパ回路を有する太陽光発電パワーコンディショナのＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明するが、この発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図１はこの発明が適用される電力変換装置の全体構成図を示し、図１において、電力変換装置１０は、太陽光発電機などで得られる直流電源の入力電源２０と、直流を交流に変
換するインバータと組み合わせて工場などの系統に接続される負荷３０との間に接続されている。電力変換装置１０はＤＣ／ＤＣ電力変換部１１とその制御回路１２で構成され、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１と制御回路１２の間には、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１内の後述するコンデンサに蓄電される電圧を検出する電圧センサ（図示省略）からの信号をそれぞれ入力する差動アンプ回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１は、入力電源２０からの直流の入力電圧Ｖｉｎを平準化する平滑用の入力コンデンサＣｉｎと、昇圧動作のためのリアクトルＬと、制御回路１２からの信号によりＯＮ、ＯＦＦ動作をする、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor）などの第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦ動作により充放電動作を行う中間コンデンサＣｆと、出力からの逆流を防止する直列接続された第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２と、出力側に接続された平滑用の出力コンデンサＣｏｕｔとを備えている。
【００１５】
そして、入力電源２０とリアクトルＬと第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は互いに直列に接続されている。また、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２は互いに直列に接続され、その全体は平滑用の出力コンデンサＣｏｕｔに並列に接続されている。中間コンデンサＣｆは第１のダイオードＤ１と第２のスイッチング素子Ｓ２に並列に接続されている。
【００１６】
このような構成のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０の動作について説明する。
１）入力電圧Ｖｉｎの２倍より小さい直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換する場合
まず、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにする。この時、入力電源２０の入力電圧Ｖｉｎ（入力コンデンサＣｉｎは容量が大きいとして所定の時間内の動作では直流電源と見做してもよい）は、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→中間コンデンサＣｆ→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬと中間コンデンサＣｆに移行する。
【００１７】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２が共にＯＦＦの時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＮにする。この時、中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが、中間コンデンサＣｆ→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→中間コンデンサＣｆという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行すると共に、リアクトルＬにエネルギーを蓄積する。
【００１８】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２が共にＯＦＦの時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
この一連の動作の繰り返しにより、Ｖｉｎ≦Ｖｏｕｔ＜２×Ｖｉｎの範囲で、入力された電圧Ｖｉｎを昇圧調整して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００１９】
２）入力電圧Ｖｉｎの２倍より大きい直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換する場合
まず、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２を共にＯＮにする。この時、入力電源２０の入力電圧Ｖｉｎは、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経
路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬに移行する。
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにする。この時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第１のダイオードＤ１→中間コンデンサＣｆ→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、中間コンデンサＣｆに移行する。
【００２０】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２を共にＯＮにする。この時、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧Ｖｉｎは、入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→第１のスイッチング素子Ｓ１→入力コンデンサＣｉｎという経路で通電し、入力コンデンサＣｉｎの直流電圧のエネルギーがリアクトルＬに移行する。
【００２１】
次に、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＮにする。この時、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーと中間コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが、リアクトルＬ→第２のスイッチング素子Ｓ２→中間コンデンサＣｆ→第２のダイオードＤ２→出力コンデンサＣｏｕｔ→入力コンデンサＣｉｎ→リアクトルＬという経路で通電し、出力コンデンサＣｏｕｔに移行する。
この一連の動作の繰り返しにより、Ｖｏｕｔ＞２×Ｖｉｎの範囲で、入力された電圧Ｖｉｎを昇圧調整して、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００２２】
昇圧に限らず降圧の場合も、第１、第２のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をＯＮ、ＯＦＦ制御して得ることができ、こうして電力変換装置はマルチレベルチョッパ回路として機能するが、この発明は電力変換装置の昇圧または降圧動作に特徴がある訳でないので、これ以上の説明については省略する。
【００２３】
次に、この発明の電力変換装置の制御回路について図２に基づき説明する。
図２において、電圧センサ入力部４１は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の入力コンデンサＣｉｎと中間コンデンサＣｆと出力コンデンサＣｏｕｔに蓄電される電圧を検出する電圧センサ（図示省略）からの信号を入力する。制御演算部４２は、電圧センサ入力部４１から入力される入力コンデンサＣｉｎの入力電圧Ｖｉｎと出力コンデンサＣｏｕｔの出力電圧Ｖｏｕｔを比較して、比較結果を基に出力電圧Ｖｏｕｔが所定値になるようスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦ時間のデューティ比を演算する。ゲートパルス出力部４３は、制御演算部４２からの信号により、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のゲートに入力する信号パルスを生成する。
【００２４】
ここで、図１に示す電力変換装置において、中間コンデンサＣｆに蓄えられる電圧Ｖｃｆが正常値に保たれていなければ、安定した出力電圧Ｖｏｕｔが得られないため、中間コンデンサＣｆの過電圧・不足電圧を検出する必要がある。
そこで、中間コンデンサＣｆの不足電圧を検出する手段として、制御回路１２内に設定部４４と、電力変換部１１の運転状態に応じた信号を出力する状態信号出力部４５と、不足電圧を検出する異常検出部４６とを備えている。また異常検出部４６が中間コンデンサＣｆの不足電圧を検出した場合にＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の制御を停止する運転停止制御部４７を備えている。
【００２５】
設定部４４は、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧の不足電圧を検出するために、検出開始電圧値Ｖ１を設定する電圧設定手段４４１と、電圧設定手段４４１で設定した検出開始電圧値Ｖ１よりも小さい値の不足電圧判定値Ｖ２を設定する判定値設定手段４４２と、充電開始後の時間監視を行うために所定の判定時間Ｔ１を設定する時間設定手段４４３とを有している。
【００２６】
状態信号出力部４５は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１が停止の時は「０」で、運転状態になった時に「１」の信号を出力する運転状態部４５１と、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１が運転後に中間コンデンサＣｆが充電を開始した時に「１」（またはＯＮ）の信号を出力し、充電が開始されていない時は「０」（またはＯＦＦ）の信号を出力する充電開始部４５２を有している。
【００２７】
異常検出部４６は、ＤＣ／ＤＣ電力変換部１１の運転開始後に中間コンデンサＣｆの充電が可能となった時点から時間計測するタイマ４６１と、中間コンデンサＣｆに蓄電された電圧が不足電圧判定値Ｖ２以下になった時間を計測するカウンタ４６２と、タイマ４６１で計測された時間が時間設定手段４４３で設定された所定の判定時間Ｔ１以上経過しても、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧が電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇しない場合に、中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する第１の判定部４６３と、中間コンデンサＣｆに蓄電された電圧が検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇した後、カウンタ４６２によるカウント値（中間コンデンサＣｆの電圧が不足電圧判定値Ｖ２以下になった継続時間）が所定値（例えば３カウント＝３ｍｓ）以上になった時に、中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する第２の判定部４６４と、中間コンデンサＣｆに蓄電される電圧が、電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１未満の時は不足電圧検出を「無効」とし、電圧設定手段４４１で設定された検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇した時に不足電圧検出を「有効」とするフラグを出力する検出フラグ発生器４６５とを備えている。
【００２８】
なお、異常検出部４６のカウンタ４６２はタイマに代えてもよい。また、制御回路１２内の異常検出部４６は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよいが、制御回路１２内にメモリ及びＣＰＵ等を設けソフトウェアにより、それぞれの機能を実現してもよい。
【００２９】
次に図２の制御回路による、中間コンデンサＣｆの不足電圧検出の方法を図３および図４に基づいて説明する。
まず図３に示すように、電力変換装置１０の運転開始後に、充電開始条件成立（ＯＮ）後、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが上昇し、検出開始電圧値Ｖ１を超えることで不足電圧検出のフラグが「有効」となった場合について説明する。
【００３０】
状態信号出力部４５の運転状態部４５１から、電力変換装置１０が運転状態になったことを示す「１」の信号が図３（ｅ）のように出力され、さらに充電開始部４５２から中間コンデンサＣｆの充電開始を示す「ＯＮ」の信号が図３（ｃ）のように出力される。
中間コンデンサＣｆに充電される電圧Ｖｃｆは、図３（ｂ）のように順次上昇して行き、その電圧Ｖｃｆが電圧設定手段４４１で設定された図３（ａ）に示す検出開始電圧値Ｖ１を超えると、検出フラグ発生器４６５は不足電圧検出フラグを図３（ｄ）に示すように「有効」とする。
【００３１】
不足電圧検出フラグが有効期間中に、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが判定値設定手段４４２で設定された図３（ａ）に示す不足電圧判定値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）以下となった時から、カウンタ４６２がカウントを始め、カウンタ４６２によるカウンタ値が所定値（例えば３カウント）以上になった時に、第２の判定部４６４が中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する。そして第２の判定部４６４は運転停止制御部４７にエラー信号を送り、電力変換装置１０の制御を停止する。
なお、カウンタ４６２をタイマに代えた場合は、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が、整定時間（一例として３ｍｓ）以上継続した場合に、第２の判定部４６４は中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定し、電力変換装置１０の制御を停止する。
【００３２】
この中間コンデンサＣｆの不足電圧検出方法では、電力変換装置１０の運転を開始し、一旦中間コンデンサＣｆの充電が完了した後に電圧低下を監視するものであり、電圧センサの入力が正常で、中間コンデンサＣｆの電圧値が正常に読み取れている状態でのみ可能である。中間コンデンサＣｆの電圧値を検出する電圧センサの入力の断線など、電圧値を読み取れない場合には、中間コンデンサＣｆの充電状態が監視できず、中間コンデンサＣｆの過充電や発熱など異常制御状態に陥るという問題がある。
【００３３】
そこで、この発明は電圧センサの入力断線などで中間コンデンサＣｆの電圧値を読み取れない場合でも、不足電圧として検出する機能を備えている。以下、この中間コンデンサＣｆの不足電圧検出の方法について説明する。
図４に示すように、電力変換装置１０の運転開始後に、充電可能となった（ＯＮ）後、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが所定値まで上昇しないで不足電圧検出のフラグがまだ「無効」の場合について説明する。
【００３４】
状態信号出力部４５の運転状態部４５１から、電力変換装置１０が運転状態になったことを示す「１」の信号が図４（ｅ）のように出力され、さらに充電開始部４５２から中間コンデンサＣｆの充電開始を示す「ＯＮ」の信号が図４（ｃ）のように出力される。タイマ４６１はこの時点から時間計測する。
中間コンデンサＣｆに充電される電圧Ｖｃｆは、図４（ｂ）のように微かに上昇して行くが、タイマ４６１による時間計測が時間設定手段４４３で設定された判定時間Ｔ１以上経過しても、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが、電圧設定手段４４１で設定された図４（ａ）に示す検出開始電圧値Ｖ１以上に上昇しない場合、第１の判定部４６３は中間コンデンサＣｆの不足電圧と判定する。そして第１の判定部４６３は運転停止制御部４７にエラー信号を送り、電力変換装置１０の制御を停止する。
【００３５】
これの動作を図５に示す制御回路１２のプログラムフローチャートに基づいて説明する。
まずステップＳ１は、電力変換装置１０が運転中かどうか判断する。ステップＳ１において電力変換装置１０が運転中の場合（ＹＥＳ）はステップＳ２に進み、電力変換装置１０が運転中でない場合（ＮＯ）はステップＳ３に進む。ステップＳ３では中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出を「無効」とする。
【００３６】
ステップＳ２では、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１以上になったかどうか判断する。ステップＳ２において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１以上の場合（ＹＥＳ）はステップＳ４に進み、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが検出開始電圧値Ｖ１未満の場合（ＮＯ）はステップＳ５に進む。ステップＳ４では、中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出を「有効」とし、ステップＳ５に進む。
【００３７】
ステップＳ５では、中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出が有効であるか否か判断する。ステップＳ５において、不足電圧の検出が有効である場合（ＹＥＳ）はステップＳ６に進み、不足電圧の検出が無効である場合（ＮＯ）はステップＳ１２に進む。
ステップＳ６において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下になったかどうか判断する。ステップＳ６において、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下になった場合（ＹＥＳ）はステップＳ７に進み、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧判定値Ｖ２以下でない場合（ＮＯ）はステップＳ８に進む。
【００３８】
ステップＳ７では、不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が整定時間以上継続するかを検出するカウンタ４６２を更新し（Ｃｎｔ）、カウンタ４６２によるカウントを開始する。
一方、ステップＳ８は、不足電圧判定値Ｖ２以下となる時間が整定時間以上継続するか
を検出するカウンタ４６２をクリア（Ｃｎｔ＝０）し、カウンタ４６２によるカウントは行わない。
【００３９】
ステップＳ９においては、カウンタ４６２によるカウントが所定値（一例として３）以上かどうか判断する。ステップＳ９において、カウンタ４６２によるカウントが所定値以上になれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進み、カウンタ４６２によるカウントが所定値以上にならなければステップＳ１１に進む。
ステップＳ１０においては、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧になったと検出し、ステップＳ１１に進むと同時に、電力変換装置１０の制御を停止してエンドとなる。なおステップＳ１１の動作については後述する。
【００４０】
以上が図３で説明した、電力変換装置１０の運転開始後に、充電開始条件成立（ＯＮ）後、不足電圧検出のフラグが「有効」（Ｖｃｆ＞Ｖ１）の場合における不足電圧検出方法である。
次に、不足電圧検出のフラグが「無効」（Ｖｃｆ＜Ｖ１）の場合における不足電圧検出方法を図５のプログラムフローチャートで説明する。
【００４１】
ステップＳ１２は、ステップＳ５において中間コンデンサＣｆの不足電圧の検出が「無効」である場合に、中間コンデンサＣｆへの充電開始の条件を監視する。ステップＳ１２において、充電開始の場合（ＹＥＳ）はステップＳ１３に進み、充電開始が行われていない場合（ＮＯ）はステップＳ１４に進む。ステップＳ１３では、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１を更新し（Ｔｉｍｅｒ）、タイマ４６１による時間を計測する。
一方、ステップＳ１４は、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１をクリア（Ｔｉｍｅｒ＝０）し、タイマ４６１による時間計測は行わない。
【００４２】
ステップＳ１５は、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えているかどうか判断する。ステップＳ１５において、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていた場合（ＹＥＳ）はステップＳ１６に進み、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていない場合（ＮＯ）はステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、タイマ４６１による計測時間Ｔｉｍｅｒが判定時間Ｔ１を超えていたため、中間コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆが不足電圧になったと検出し、ステップＳ１７に進むと同時に、電力変換装置１０の制御を停止してエンドとなる。
【００４３】
なお、ステップＳ１１は、不足電圧検出のフラグが「有効」（Ｖｃｆ＞Ｖ１）の場合において、判定時間Ｔ１を監視するタイマ４６１をクリア（Ｔｉｍｅｒ＝０）しておくもので、一方、ステップＳ１７は、不足電圧検出のフラグが「無効」（Ｖｃｆ＜Ｖ１）の場合において、カウンタ４６２によるカウントをクリア（Ｃｎｔ＝０）しておくものである。
【００４４】
また、以上の説明では電圧センサの異常の状態検知をハードウェアにより行うようにしたが、電圧センサの異常の状態検知をソフトウェアで実施することにより、電圧センサの二重化などＨ／Ｗによる対策と比較して低コストであり、主回路構造を単純化することができる。
また、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０：電力変換装置 １１：ＤＣ／ＤＣ電力変換部
１２：制御回路
２０：入力電源 ３０：負荷
４１：電圧センサ入力部 ４２：制御演算部
４３：ゲートパルス出力部 ４４：設定部
４５：状態信号出力部 ４６：異常検出部
４７：運転停止制御部
４４１：電圧設定手段 ４４２：判定値設定手段
４４３：時間設定手段
４５１：運転状態部 ４５２：充電開始部
４６１：タイマ ４６２：カウンタ
４６３：第１の判定部 ４６４：第２の判定部
４６５：検出フラグ発生器
Ｃｉｎ，Ｃｆ，Ｃｏｕｔ：コンデンサ Ｌ：リアクトル
Ｄ１，Ｄ２：ダイオード Ｓ１，Ｓ２：スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源からの直流電圧を昇圧し、所定の直流電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換部を有し、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を電圧センサで検出するようにした電力変換装置において、前記中間コンデンサに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値を設定する電圧設定手段と所定の判定時間を設定する時間設定手段とを有した設定部、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部の運転開始後に前記中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマを有し、このタイマで計測された時間が前記時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、前記中間コンデンサに蓄電される電圧が前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、前記中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部を備え、前記異常検出部が前記中間コンデンサの不足電圧を検出した場合に前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部の制御を停止するようにした電力変換装置。
【請求項２】
前記設定部に前記電圧設定手段で設定した検出開始電圧値よりも小さい値の不足電圧判定値を設定する判定値設定手段を設け、前記異常検出部は、前記中間コンデンサに蓄電された電圧が前記検出開始電圧値以上に上昇した後、前記判定値設定手段で設定された不足電圧判定値以下になった時間が所定時間継続した場合に、前記中間コンデンサの不足電圧として検出するようにした請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記中間コンデンサに蓄電される電圧が、前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値未満の時は不足電圧検出を無効とし、前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇した時に不足電圧検出を有効とする検出フラグ発生器を設けた請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１】
入力電源からの直流電圧を昇圧し、所定の直流電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換部を有し、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサの電圧を電圧センサで検出するようにした電力変換装置において、前記中間コンデンサに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値を設定する電圧設定手段と所定の判定時間を設定する時間設定手段とを有した設定部、前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部の運転開始後に前記中間コンデンサの充電が可能となった時点から時間計測するタイマを有し、このタイマで計測された時間が前記時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、前記中間コンデンサに蓄電される電圧が前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、前記中間コンデンサの不足電圧として検出する異常検出部を備え、前記異常検出部が前記中間コンデンサの不足電圧を検出した場合に前記ＤＣ／ＤＣ電力変換部の制御を停止するようにした電力変換装置。
【請求項２】
前記設定部に前記電圧設定手段で設定した検出開始電圧値よりも小さい値の不足電圧判定値を設定する判定値設定手段を設け、前記異常検出部は、前記中間コンデンサに蓄電された電圧が前記検出開始電圧値以上に上昇した後、前記判定値設定手段で設定された不足電圧判定値以下になった時間が所定時間継続した場合に、前記中間コンデンサの不足電圧として検出するようにした請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記中間コンデンサに蓄電される電圧が、前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値未満の時は不足電圧検出を無効とし、前記電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇した時に不足電圧検出を有効とする検出フラグ発生器を設けた請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７４７２４（Ｐ２０１３−７４７２４Ａ）
【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２０１１−２１１９８４（Ｐ２０１１−２１１９８４）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【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２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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