ＤＣ／ＤＣコンバータ
【課題】リアクトルの異常によりインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲で駆動を継続することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は直流電圧の昇圧及び降圧を行うための変圧部を備えている。変圧部は、オン、オフ制御されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングに伴い電流が流れ、かつコアを有するリアクトル１８と、リアクトル１８に流れる電流を検出する電流センサ１９とを備えている。また、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する制御装置２０を備えている。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は直流電圧の昇圧及び降圧を行うための変圧部を備えている。変圧部は、オン、オフ制御されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングに伴い電流が流れ、かつコアを有するリアクトル１８と、リアクトル１８に流れる電流を検出する電流センサ１９とを備えている。また、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する制御装置２０を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに係り、詳しくはリアクトルとスイッチング素子とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＤＣ／ＤＣコンバータでは、リアクトルのインダクタンスが低下すると、リップル電流が増加し、ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値が大きくなる。そして、電流ピーク値が大きくなると、スイッチング素子のオフサージが大きくなり、素子耐圧を超えてスイッチング素子の損傷を招いたり、ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流閾値を超えて、過電流検出装置が機能したりする状態になる。
【０００３】
従来、リアクトルを含んで構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、リアクトルのインダクタンスが所定の設計領域から外れて変動した故障を検知するＤＣ／ＤＣコンバータが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１のＤＣ／ＤＣコンバータは、リアクトルに印加された電圧を検出する電圧検出器と、リアクトルを通過するリアクトル電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器及び電流検出器の出力に基づいてリアクトルの故障を検知する制御回路とを備えている。制御回路は、リアクトルに印加された電圧とリアクトル電流の時間的変化とからリアクトルのインダクタンスを算出するとともに、算出したインダクタンスが予め定められた所定領域外であるときにリアクトルの故障を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９９５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リアクトルのインダクタンスが低下した場合であっても、直ちにＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を停止するのではなく、支障のない範囲で駆動を継続したいという要望がある。
特許文献１では、リアクトルを含んで構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、リアクトルのインダクタンスが予め定められた所定領域から外れた時にリアクトルの故障と検知することは開示されている。しかし、リアクトルのインダクタンスが低下した状態で支障なく、即ち少なくとも最低限度の機能を発揮する状態でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続することに関しては、何ら開示されていない。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、リアクトルの異常によりインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲で駆動を継続することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。そして、前記変圧部に備えられ、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトルと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出手段とを備えている。また、前記電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する制御手段を備えている。
【０００８】
リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した状態において、リアクトルが正常な状態におけるデューティ比でスイッチング素子のスイッチングを継続すると、リップル電流が増加してスイッチング素子のオフサージが大きくなり、素子耐圧を超える状態となって素子の損傷を招く。しかし、この発明では、リアクトルに流れる電流が電流検出手段により検出される。そして、制御手段は電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいてスイッチング素子のスイッチング時のオン時間を、リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように変更する。したがって、リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記スイッチング素子のオン時間と該オン時間に前記電流検出手段から検出される電流値と該オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有する。また、前記制御手段は、前記スイッチング素子のオン時間と、前記インダクタンス値推定手段において推定された前記リアクトルのインダクタンス値と、前記オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する。この発明では、インダクタンス値推定手段により、リアクトルのインダクタンス値の低下異常を確認でき、スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を、リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないようにより適切に変更することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲で駆動を継続することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電源装置の回路図。
【図２】コアを有するリアクトルに流れる電流とインダクタンスとの関係を示すグラフ。
【図３】スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎとリアクトル電流との関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）はインダクタンス正常時のスイッチングに伴うリアクトル電流の変化を示す模式図、（ｂ）はインダクタンス低下時のスイッチングに伴うリアクトル電流の変化を示す模式図。
【図５】インダクタンス異常低下有無判断及び対応処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をＤＣ／ＤＣコンバータとしての昇降圧コンバータを備えた電源装置に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電源装置１１は、直流電源としてのバッテリ１２と、平滑用コンデンサ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、インバータ１５と、平滑用コンデンサ１６とを備えている。インバータ１５は、バッテリ１２の出力電圧より高い電圧で駆動される交流モータ１７に接続されている。このような構成は、例えば、交流モータ１７が電気自動車の走行用モータの場合に対応する。
【００１３】
平滑用コンデンサ１３は、バッテリ１２に並列に接続され、バッテリ１２から供給される直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ供給する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、コア（図示せず）を有するリアクトル１８と、上アーム及び下アームを構成する２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、電流検出手段としての電流センサ１９と、制御手段としての制御装置２０とを備えている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びリアクトル１８が直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を構成する。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。
【００１５】
両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとが接続された状態で直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ及びスイッチング素子Ｑ２のエミッタがそれぞれインバータ１５の入力側に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、バッテリ１２のマイナス端子に接続されている。
【００１６】
平滑用コンデンサ１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力側、即ちインバータ１５の入力側に、インバータ１５に対して並列に接続されている。
リアクトル１８は、一端がバッテリ１２のプラス端子に接続され、他端が両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続されている。
【００１７】
電流センサ１９は、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とリアクトル１８の他端と
の間に設けられ、リアクトル１８に流れる電流を検出して、その検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００１８】
制御装置２０は、バッテリ１２の電力をインバータ１５へ供給するときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がバッテリ１２から供給される直流電圧を昇圧してインバータ１５に供給する昇圧コンバータとして機能するように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御する。また、制御装置２０は、交流モータ１７の回生制動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がインバータ１５から供給される直流電圧を降圧してバッテリ１２の充電電圧として供給する降圧コンバータとして機能するように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御する。なお、この実施形態では、バッテリ１２の電圧を検出する電圧センサを設けずに、制御装置２０がバッテリ１２の放電及び充電経過からバッテリ１２の電圧を演算するようになっている。
【００１９】
制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンス低下異常の有無を判断し、インダクタンス低下異常と判断した場合は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を、正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。詳述すると、制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいて、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせる際のデューティ比を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更する。制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の平均値に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する。制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号に基づいてリアクトル１８に流れる電流の平均値を演算する。
【００２０】
次に前記のように構成された電源装置１１の作用を説明する。
バッテリ１２を電源として交流モータ１７を駆動する場合は、制御装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を昇圧コンバータとして機能させるようにスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２を交互にオン・オフ制御する。また、交流モータ１７を要求出力で駆動させるようにインバータ１５を制御する。
【００２１】
また、交流モータ１７の回生制動時には、交流モータ１７が発電機として発電動作を行うので、交流モータ１７で発電された交流電力をインバータ１５で直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４で降圧された直流電圧でバッテリ１２の充電が行われる。制御装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から出力される電圧がバッテリ１２の電圧に適した充電電圧となるように、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を演算して、そのデューティ比でスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御を行う。
【００２２】
次にリアクトル１８のインダクタンスの低下異常時における制御装置２０の制御について説明する。
一般にコアを有するリアクトルに流れる電流とインダクタンスとの関係は、図２に示すようになる。即ち、電流がある大きさＩ１になるまでは、インダクタンスは一定（Ｌ１）で、Ｉ１を超えると電流の増大に伴ってインダクタンスが低下し、電流がＩ２以上になるとインダクタンスは再び一定（Ｌ２）になる。インダクタンスがＬ２の状態はコアがない（空芯）状態と同じになる。そのため、リアクトル１８は、流れる電流がＩ１以下で使用されるのが好ましい。
【００２３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を昇圧コンバータとして使用する場合、スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎとリアクトル１８に流れる電流ＩＬとの関係は図３に示すようになる。即ち、オン時間Ｔｏｎに比例して電流ＩＬは増加し、途中でその傾きが急になる。また、インダクタンス正常時に比べてインダクタンス低下時には、オン時間Ｔｏｎに対する電流ＩＬの増加割合が大きくなる。そして、インダクタンス正常時及びインダクタンス低下時におけるスイッチング素子Ｑ２の同じ周波数でのスイッチングに伴う電流ＩＬの変化を模式的に示すと、図４（ａ）（インダクタンス正常時）及び図４（ｂ）（インダクタンス低下時）に示すようになる。
【００２４】
したがって、リアクトル１８の異常によりそのインダクタンスが低下した状態において、リアクトル１８が正常な状態におけるデューティ比でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを継続すると、リップル電流が増加してスイッチング素子Ｑ２のオフサージが大きくなる。その結果、オフサージ電圧が素子耐圧を超える状態となって素子の損傷を招いたり、過電流検出装置が作動してＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動が停止されたりする事態になる。
【００２５】
リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を停止して、リアクトル１８の異常の修復を行った後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を再開すれば、素子の損傷や過電流検出装置の作動によるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動停止を回避することはできる。しかし、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を継続できれば便利である。
【００２６】
インダクタンスが低下するリアクトル１８の異常原因としては、リアクトル１８のコアが割れたり、コアのギャップが変化したりする等の物理的、機械的な損傷が主である。そのため、異常の程度によっては、正常状態と同様な条件でＤＣ／ＤＣコンバータ１４を駆動することはできなくても、例えば、最低限度の機能を発揮する状態でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続しても支障がない。
【００２７】
制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合に直ちにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を停止するのではなく、支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続する処理を実行する。制御装置２０は、図５のフローチャートにしたがってインダクタンス低下異常有無判断及び対応処理を所定周期（例えば、１０ミリ秒）で実行する。
【００２８】
制御装置２０は、ステップＳ１で電流センサ１９の検出信号からリアクトル１８に流れている電流値を読み込み、ステップＳ２でリアクトル１８のインダクタンスを推定する。このとき制御装置２０はインダクタンス値推定手段として機能する。インダクタンスＬの推定は、電流センサ１９で検出される電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐと、リアクトル１８に印加される電圧、即ちバッテリ電圧ＶＢ、インダクタンスＬ及びスイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎの関係を示す次式を用いて行われる。
【００２９】
Ｉｐ−ｐ＝（ＶＢ／Ｌ）Ｔｏｎ・・・（１）
制御装置２０は、ステップＳ３でインダクタンスが低下異常か否かを判断する。インダクタンスが低下異常か否かの判断は、予め試験等で求めてメモリに記憶されているインダクタンスの正常時におけるリアクトル１８に流れる電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐ、バッテリ電圧ＶＢ、スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎと、インダクタンスＬとの関係を示すマップに基づいて行われる。制御装置２０は、例えば、ステップＳ２で推定されたインダクタンスＬの値と、同じ条件において求められるインダクタンスの正常時におけるインダクタンスＬの値とのズレ量が、予め設定された設定値より大きければ低下異常と判断する。
【００３０】
制御装置２０は、ステップＳ３で低下異常と判断すればステップＳ４に進み、ステップＳ４でインダクタンス低下異常判断回数をカウントするカウンタＣ１のカウント値に１を加えるとともに、インダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値から１を引く。
【００３１】
次に制御装置２０は、ステップＳ５でカウンタＣ１のカウント値が設定値より大きいか否かを判断し、設定値より大きければステップＳ６に進み、設定値以下であれば処理を終了する。制御装置２０は、ステップＳ６でＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力制限処理を行う。制御装置２０は、出力制限処理としてスイッチング素子Ｑ２のデューティ比、即ち１回のオン・オフのスイッチングにおけるオン時間Ｔｏｎ（オンデューティ）をリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないように変更する。本実施の形態では、制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐが目標の値となるように、ステップＳ２で推定したインダクタンスＬの値と、バッテリ１２の電圧とに基づいてスイッチング素子Ｑ２のデューティ比を変更する。
【００３２】
制御装置２０は、出力制限処理を行う場合、図示しない報知装置に異常報知指令信号を出力し、報知装置よりインダクタンス低下異常の報知を行う。報知装置は、目視による確認可能な表示装置が好ましいが、聴覚により確認可能な音声による報知装置等であってもよい。
【００３３】
また、制御装置２０は、ステップＳ３で低下異常でないと判断すればステップＳ７に進み、ステップＳ７でインダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値に１を加える。次に制御装置２０は、ステップＳ８でカウンタＣ２のカウント値が設定値より大きいか否かを判断し、設定値より大きければステップＳ９に進んでＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力制限処理を解除し、設定値以下であれば処理を終了する。制御装置２０は、ステップＳ９で出力制限解除処理を行う場合、報知装置によるインダクタンス低下異常の報知解除指令を行う。その結果、報知装置によるインダクタンス低下異常の報知が解除される。また、ステップＳ９で出力制限解除処理が行われると、カウンタＣ１，Ｃ２はリセットされる。
【００３４】
ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ７及びステップＳ８を省略して、制御装置２０がステップＳ３でインダクタンスの低下異常と判断した場合に、ただちにステップＳ６へ進んで出力制限処理を行い、ステップＳ３でインダクタンスの低下異常でなければステップＳ９へ進んで出力制限解除処理を行う構成としてもよい。しかし、その場合は、ノイズ等の影響でインダクタンスが異常低下と判断された場合に不要なデューティ比の変更が繰り返されることになるため、この実施形態ではステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８が設けられている。ステップＳ５のインダクタンス低下異常判断回数をカウントするカウンタＣ１のカウント値の比較対象となる設定値（異常判定設定値）は、例えば、数回に設定される。
【００３５】
また、ステップＳ８のインダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値の比較対象となる設定値（正常判定設定値）は、異常判定設定値より大きな値、例えば、１００以上の値に設定される。インダクタンス低下異常有無判断及び対応処理の実行周期は１０ミリ秒程度であるため、正常判定設定値が異常判定設定値の１００倍の値に設定されても、時間にすれば数秒となる。したがって、ノイズの影響で出力制限処理が実行されてもそれが継続される時間は数秒であるため、支障はない。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトル１８と、リアクトル１８に流れる電流を検出する電流センサ１９とを備えている。また、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する制御装置２０を備えている。したがって、リアクトル１８の異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子Ｑ２の損傷を防止するとともに支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を継続することができる。また、インバータ１５に過大な電流が供給されてインバータ１５が故障することを防止することができる。
【００３７】
（２）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間と該オン時間に電流検出手段（電流センサ１９）から検出される電流値と該オン時間にリアクトル１８に掛かる電圧とに基づいてリアクトル１８のインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有する。制御手段（制御装置２０）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間と、インダクタンス値推定手段において推定されたリアクトル１８のインダクタンス値と、前記オン時間にリアクトル１８に掛かる電圧とに基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する。したがって、インダクタンス値推定手段により、リアクトルのインダクタンス値の低下異常を確認でき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにより適切に変更することができる。
【００３８】
（３）制御装置２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更する。したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する構成に比べて、制御が容易になる。
【００３９】
（４）制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るように制御するため、制御が簡単になる。
【００４０】
（５）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が高圧側であるインバータ１５に接続された状態で双方向の昇降圧コンバータとして機能可能に構成されている。したがって、バッテリ１２より高電圧で駆動される交流モータ１７の回生制動時に、回生電力でバッテリ１２を充電することが可能になり、バッテリ１２が放電のみを行う構成に比べて、バッテリ１２の電力が有効に利用される。
【００４１】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する場合、直接デューティ比を変更する構成に限らない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力をフィードバック制御（例えば、ＰＩ制御）する場合の比例ゲインや積分ゲインを変更することにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更するようにしてもよい。
【００４２】
○ インダクタンスの低下異常が発生した場合、制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更すればよい。例えば、インダクタンスの低下割合に拘らず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力が必要最低限度の値となるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を設定してもよい。
【００４３】
○ インダクタンスの低下異常が発生した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るように制御するのではなく、低下後のインダクタンスの値に対応して、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えない範囲で、絞る割合を段階的に変更するように制御してもよい。
【００４４】
○ 制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する方法として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更せずに、スイッチング周波数を変更してもよい。この場合も１回のスイッチング時におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更することができる。また、スイッチング周波数及びデューティ比の両方を変更してもよい。
【００４５】
○ 制御装置２０は、インダクタンス低下異常有無判断及び対応処理を実行する場合、電流センサ１９で検出されたリアクトル１８に流れる電流値に基づく判断を複数回行って最終的にインダクタンスの低下異常と判断するのではなく、１回の判断でインダクタンスの低下異常の有無判断を行ってもよい。
【００４６】
○ 制御装置２０がバッテリ１２の電圧をバッテリ１２の使用状態（放電及び充電経過）から演算するのではなく、バッテリ１２の電圧を検出する電圧センサを設け、制御装置２０が電圧センサの検出信号からバッテリ１２の電圧を確認する構成にしてもよい。
【００４７】
○ 制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスを推定せずに、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更するようにしてもよい。このとき、閾値は予め試験等によりインダクタンスの低下異常時における電流値を基に設定する。したがって、インダクタンスを推定せずに、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更するようにしても支障はない。
【００４８】
○ リアクトル１８は、コアを有するリアクトルに限らず、コアがないリアクトル（空芯リアクトル）であってもよい。コアがない場合でも、導線を被覆しているエナメルが溶けて隣り合うコイルがショートすることにより、インダクタンスが低下する場合もあるので、リアクトル１８が空芯リアクトルであっても、この発明を適用することができる。
【００４９】
○ 直流電源はバッテリ１２に限らず、交流電源から入力された交流を直流に変換して出力するものであってもよい。
○ ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、車両に搭載されて使用される電源装置１１に限らず、他の機器の電源装置に適用してもよい。
【００５０】
○ スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としてＩＧＢＴに代えて、パワーバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。ＭＯＳＥＦＴを使用した場合は、ＭＯＳＦＥＴが寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として寄生ダイオードを有しないＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを使用した場合と異なり、ダイオードＤ１，Ｄ２を接続する手間が不要になり、構成も簡単になる。
【００５１】
○ ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、直流電源であるバッテリ１２から供給される直流電源を昇圧する機能と、インバータ１５から供給される直流電圧を降圧する機能とを備えた双方向の昇降圧コンバータに限らない。例えば、直流電源から供給される直流電圧を昇圧する機能のみを備えた昇圧コンバータや、直流電源から供給される直流電圧を降圧する機能のみを備えた降圧コンバータあるいは直流電源から供給される直流電圧を昇圧して出力すること及び降圧して出力することが可能な昇降圧コンバータであってもよい。
【００５２】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１に記載の発明において、前記制御手段は前記スイッチング素子のデューティ比を変更することにより前記オン時間を変更する。
【００５３】
（２）請求項１に記載の発明において、前記制御手段は前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更することにより前記オン時間を変更する。
（３）請求項１、請求項２、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記変圧部は、上アーム及び下アームを構成する直列接続された２個のスイッチング素子を有し、前記リアクトルは、一端が前記２個のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記バッテリに接続されており、前記２個のスイッチング素子の直列回路が高圧側に接続された状態で双方向の昇降圧コンバータとして機能可能に構成されている。
【符号の説明】
【００５４】
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、１２…バッテリ、１４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８…リアクトル、１９…電流検出手段としての電流センサ、２０…インダクタンス値推定手段を構成するとともに制御手段としての制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに係り、詳しくはリアクトルとスイッチング素子とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＤＣ／ＤＣコンバータでは、リアクトルのインダクタンスが低下すると、リップル電流が増加し、ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値が大きくなる。そして、電流ピーク値が大きくなると、スイッチング素子のオフサージが大きくなり、素子耐圧を超えてスイッチング素子の損傷を招いたり、ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流閾値を超えて、過電流検出装置が機能したりする状態になる。
【０００３】
従来、リアクトルを含んで構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、リアクトルのインダクタンスが所定の設計領域から外れて変動した故障を検知するＤＣ／ＤＣコンバータが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１のＤＣ／ＤＣコンバータは、リアクトルに印加された電圧を検出する電圧検出器と、リアクトルを通過するリアクトル電流を検出する電流検出器と、前記電圧検出器及び電流検出器の出力に基づいてリアクトルの故障を検知する制御回路とを備えている。制御回路は、リアクトルに印加された電圧とリアクトル電流の時間的変化とからリアクトルのインダクタンスを算出するとともに、算出したインダクタンスが予め定められた所定領域外であるときにリアクトルの故障を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９９５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リアクトルのインダクタンスが低下した場合であっても、直ちにＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を停止するのではなく、支障のない範囲で駆動を継続したいという要望がある。
特許文献１では、リアクトルを含んで構成されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、リアクトルのインダクタンスが予め定められた所定領域から外れた時にリアクトルの故障と検知することは開示されている。しかし、リアクトルのインダクタンスが低下した状態で支障なく、即ち少なくとも最低限度の機能を発揮する状態でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続することに関しては、何ら開示されていない。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、リアクトルの異常によりインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲で駆動を継続することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。そして、前記変圧部に備えられ、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトルと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出手段とを備えている。また、前記電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する制御手段を備えている。
【０００８】
リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した状態において、リアクトルが正常な状態におけるデューティ比でスイッチング素子のスイッチングを継続すると、リップル電流が増加してスイッチング素子のオフサージが大きくなり、素子耐圧を超える状態となって素子の損傷を招く。しかし、この発明では、リアクトルに流れる電流が電流検出手段により検出される。そして、制御手段は電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいてスイッチング素子のスイッチング時のオン時間を、リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように変更する。したがって、リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記スイッチング素子のオン時間と該オン時間に前記電流検出手段から検出される電流値と該オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有する。また、前記制御手段は、前記スイッチング素子のオン時間と、前記インダクタンス値推定手段において推定された前記リアクトルのインダクタンス値と、前記オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する。この発明では、インダクタンス値推定手段により、リアクトルのインダクタンス値の低下異常を確認でき、スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を、リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないようにより適切に変更することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リアクトルの異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子の損傷を防止するとともに支障のない範囲で駆動を継続することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電源装置の回路図。
【図２】コアを有するリアクトルに流れる電流とインダクタンスとの関係を示すグラフ。
【図３】スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎとリアクトル電流との関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）はインダクタンス正常時のスイッチングに伴うリアクトル電流の変化を示す模式図、（ｂ）はインダクタンス低下時のスイッチングに伴うリアクトル電流の変化を示す模式図。
【図５】インダクタンス異常低下有無判断及び対応処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をＤＣ／ＤＣコンバータとしての昇降圧コンバータを備えた電源装置に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電源装置１１は、直流電源としてのバッテリ１２と、平滑用コンデンサ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、インバータ１５と、平滑用コンデンサ１６とを備えている。インバータ１５は、バッテリ１２の出力電圧より高い電圧で駆動される交流モータ１７に接続されている。このような構成は、例えば、交流モータ１７が電気自動車の走行用モータの場合に対応する。
【００１３】
平滑用コンデンサ１３は、バッテリ１２に並列に接続され、バッテリ１２から供給される直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ供給する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、コア（図示せず）を有するリアクトル１８と、上アーム及び下アームを構成する２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、電流検出手段としての電流センサ１９と、制御手段としての制御装置２０とを備えている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びリアクトル１８が直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を構成する。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。
【００１５】
両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとが接続された状態で直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ及びスイッチング素子Ｑ２のエミッタがそれぞれインバータ１５の入力側に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、バッテリ１２のマイナス端子に接続されている。
【００１６】
平滑用コンデンサ１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力側、即ちインバータ１５の入力側に、インバータ１５に対して並列に接続されている。
リアクトル１８は、一端がバッテリ１２のプラス端子に接続され、他端が両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続されている。
【００１７】
電流センサ１９は、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とリアクトル１８の他端と
の間に設けられ、リアクトル１８に流れる電流を検出して、その検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００１８】
制御装置２０は、バッテリ１２の電力をインバータ１５へ供給するときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がバッテリ１２から供給される直流電圧を昇圧してインバータ１５に供給する昇圧コンバータとして機能するように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御する。また、制御装置２０は、交流モータ１７の回生制動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がインバータ１５から供給される直流電圧を降圧してバッテリ１２の充電電圧として供給する降圧コンバータとして機能するように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御する。なお、この実施形態では、バッテリ１２の電圧を検出する電圧センサを設けずに、制御装置２０がバッテリ１２の放電及び充電経過からバッテリ１２の電圧を演算するようになっている。
【００１９】
制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンス低下異常の有無を判断し、インダクタンス低下異常と判断した場合は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を、正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。詳述すると、制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいて、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせる際のデューティ比を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更する。制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の平均値に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する。制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号に基づいてリアクトル１８に流れる電流の平均値を演算する。
【００２０】
次に前記のように構成された電源装置１１の作用を説明する。
バッテリ１２を電源として交流モータ１７を駆動する場合は、制御装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を昇圧コンバータとして機能させるようにスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２を交互にオン・オフ制御する。また、交流モータ１７を要求出力で駆動させるようにインバータ１５を制御する。
【００２１】
また、交流モータ１７の回生制動時には、交流モータ１７が発電機として発電動作を行うので、交流モータ１７で発電された交流電力をインバータ１５で直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４で降圧された直流電圧でバッテリ１２の充電が行われる。制御装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から出力される電圧がバッテリ１２の電圧に適した充電電圧となるように、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を演算して、そのデューティ比でスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御を行う。
【００２２】
次にリアクトル１８のインダクタンスの低下異常時における制御装置２０の制御について説明する。
一般にコアを有するリアクトルに流れる電流とインダクタンスとの関係は、図２に示すようになる。即ち、電流がある大きさＩ１になるまでは、インダクタンスは一定（Ｌ１）で、Ｉ１を超えると電流の増大に伴ってインダクタンスが低下し、電流がＩ２以上になるとインダクタンスは再び一定（Ｌ２）になる。インダクタンスがＬ２の状態はコアがない（空芯）状態と同じになる。そのため、リアクトル１８は、流れる電流がＩ１以下で使用されるのが好ましい。
【００２３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を昇圧コンバータとして使用する場合、スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎとリアクトル１８に流れる電流ＩＬとの関係は図３に示すようになる。即ち、オン時間Ｔｏｎに比例して電流ＩＬは増加し、途中でその傾きが急になる。また、インダクタンス正常時に比べてインダクタンス低下時には、オン時間Ｔｏｎに対する電流ＩＬの増加割合が大きくなる。そして、インダクタンス正常時及びインダクタンス低下時におけるスイッチング素子Ｑ２の同じ周波数でのスイッチングに伴う電流ＩＬの変化を模式的に示すと、図４（ａ）（インダクタンス正常時）及び図４（ｂ）（インダクタンス低下時）に示すようになる。
【００２４】
したがって、リアクトル１８の異常によりそのインダクタンスが低下した状態において、リアクトル１８が正常な状態におけるデューティ比でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを継続すると、リップル電流が増加してスイッチング素子Ｑ２のオフサージが大きくなる。その結果、オフサージ電圧が素子耐圧を超える状態となって素子の損傷を招いたり、過電流検出装置が作動してＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動が停止されたりする事態になる。
【００２５】
リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を停止して、リアクトル１８の異常の修復を行った後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を再開すれば、素子の損傷や過電流検出装置の作動によるＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動停止を回避することはできる。しかし、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を継続できれば便利である。
【００２６】
インダクタンスが低下するリアクトル１８の異常原因としては、リアクトル１８のコアが割れたり、コアのギャップが変化したりする等の物理的、機械的な損傷が主である。そのため、異常の程度によっては、正常状態と同様な条件でＤＣ／ＤＣコンバータ１４を駆動することはできなくても、例えば、最低限度の機能を発揮する状態でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続しても支障がない。
【００２７】
制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合に直ちにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を停止するのではなく、支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータの駆動を継続する処理を実行する。制御装置２０は、図５のフローチャートにしたがってインダクタンス低下異常有無判断及び対応処理を所定周期（例えば、１０ミリ秒）で実行する。
【００２８】
制御装置２０は、ステップＳ１で電流センサ１９の検出信号からリアクトル１８に流れている電流値を読み込み、ステップＳ２でリアクトル１８のインダクタンスを推定する。このとき制御装置２０はインダクタンス値推定手段として機能する。インダクタンスＬの推定は、電流センサ１９で検出される電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐと、リアクトル１８に印加される電圧、即ちバッテリ電圧ＶＢ、インダクタンスＬ及びスイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎの関係を示す次式を用いて行われる。
【００２９】
Ｉｐ−ｐ＝（ＶＢ／Ｌ）Ｔｏｎ・・・（１）
制御装置２０は、ステップＳ３でインダクタンスが低下異常か否かを判断する。インダクタンスが低下異常か否かの判断は、予め試験等で求めてメモリに記憶されているインダクタンスの正常時におけるリアクトル１８に流れる電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐ、バッテリ電圧ＶＢ、スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔｏｎと、インダクタンスＬとの関係を示すマップに基づいて行われる。制御装置２０は、例えば、ステップＳ２で推定されたインダクタンスＬの値と、同じ条件において求められるインダクタンスの正常時におけるインダクタンスＬの値とのズレ量が、予め設定された設定値より大きければ低下異常と判断する。
【００３０】
制御装置２０は、ステップＳ３で低下異常と判断すればステップＳ４に進み、ステップＳ４でインダクタンス低下異常判断回数をカウントするカウンタＣ１のカウント値に１を加えるとともに、インダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値から１を引く。
【００３１】
次に制御装置２０は、ステップＳ５でカウンタＣ１のカウント値が設定値より大きいか否かを判断し、設定値より大きければステップＳ６に進み、設定値以下であれば処理を終了する。制御装置２０は、ステップＳ６でＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力制限処理を行う。制御装置２０は、出力制限処理としてスイッチング素子Ｑ２のデューティ比、即ち１回のオン・オフのスイッチングにおけるオン時間Ｔｏｎ（オンデューティ）をリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないように変更する。本実施の形態では、制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の最大値と最小値の差Ｉｐ−ｐが目標の値となるように、ステップＳ２で推定したインダクタンスＬの値と、バッテリ１２の電圧とに基づいてスイッチング素子Ｑ２のデューティ比を変更する。
【００３２】
制御装置２０は、出力制限処理を行う場合、図示しない報知装置に異常報知指令信号を出力し、報知装置よりインダクタンス低下異常の報知を行う。報知装置は、目視による確認可能な表示装置が好ましいが、聴覚により確認可能な音声による報知装置等であってもよい。
【００３３】
また、制御装置２０は、ステップＳ３で低下異常でないと判断すればステップＳ７に進み、ステップＳ７でインダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値に１を加える。次に制御装置２０は、ステップＳ８でカウンタＣ２のカウント値が設定値より大きいか否かを判断し、設定値より大きければステップＳ９に進んでＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力制限処理を解除し、設定値以下であれば処理を終了する。制御装置２０は、ステップＳ９で出力制限解除処理を行う場合、報知装置によるインダクタンス低下異常の報知解除指令を行う。その結果、報知装置によるインダクタンス低下異常の報知が解除される。また、ステップＳ９で出力制限解除処理が行われると、カウンタＣ１，Ｃ２はリセットされる。
【００３４】
ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ７及びステップＳ８を省略して、制御装置２０がステップＳ３でインダクタンスの低下異常と判断した場合に、ただちにステップＳ６へ進んで出力制限処理を行い、ステップＳ３でインダクタンスの低下異常でなければステップＳ９へ進んで出力制限解除処理を行う構成としてもよい。しかし、その場合は、ノイズ等の影響でインダクタンスが異常低下と判断された場合に不要なデューティ比の変更が繰り返されることになるため、この実施形態ではステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８が設けられている。ステップＳ５のインダクタンス低下異常判断回数をカウントするカウンタＣ１のカウント値の比較対象となる設定値（異常判定設定値）は、例えば、数回に設定される。
【００３５】
また、ステップＳ８のインダクタンス正常判断回数をカウントするカウンタＣ２のカウント値の比較対象となる設定値（正常判定設定値）は、異常判定設定値より大きな値、例えば、１００以上の値に設定される。インダクタンス低下異常有無判断及び対応処理の実行周期は１０ミリ秒程度であるため、正常判定設定値が異常判定設定値の１００倍の値に設定されても、時間にすれば数秒となる。したがって、ノイズの影響で出力制限処理が実行されてもそれが継続される時間は数秒であるため、支障はない。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトル１８と、リアクトル１８に流れる電流を検出する電流センサ１９とを備えている。また、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する制御装置２０を備えている。したがって、リアクトル１８の異常によりそのインダクタンスが低下した場合も、スイッチング素子Ｑ２の損傷を防止するとともに支障のない範囲でＤＣ／ＤＣコンバータ１４の駆動を継続することができる。また、インバータ１５に過大な電流が供給されてインバータ１５が故障することを防止することができる。
【００３７】
（２）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間と該オン時間に電流検出手段（電流センサ１９）から検出される電流値と該オン時間にリアクトル１８に掛かる電圧とに基づいてリアクトル１８のインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有する。制御手段（制御装置２０）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間と、インダクタンス値推定手段において推定されたリアクトル１８のインダクタンス値と、前記オン時間にリアクトル１８に掛かる電圧とに基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する。したがって、インダクタンス値推定手段により、リアクトルのインダクタンス値の低下異常を確認でき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにより適切に変更することができる。
【００３８】
（３）制御装置２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更する。したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を変更することによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する構成に比べて、制御が容易になる。
【００３９】
（４）制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスが低下した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るように制御するため、制御が簡単になる。
【００４０】
（５）ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が高圧側であるインバータ１５に接続された状態で双方向の昇降圧コンバータとして機能可能に構成されている。したがって、バッテリ１２より高電圧で駆動される交流モータ１７の回生制動時に、回生電力でバッテリ１２を充電することが可能になり、バッテリ１２が放電のみを行う構成に比べて、バッテリ１２の電力が有効に利用される。
【００４１】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 制御装置２０は、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更する場合、直接デューティ比を変更する構成に限らない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力をフィードバック制御（例えば、ＰＩ制御）する場合の比例ゲインや積分ゲインを変更することにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更するようにしてもよい。
【００４２】
○ インダクタンスの低下異常が発生した場合、制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更すればよい。例えば、インダクタンスの低下割合に拘らず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力が必要最低限度の値となるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を設定してもよい。
【００４３】
○ インダクタンスの低下異常が発生した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力を正常時の出力に対して予め設定された割合（例えば、５０％）に絞るように制御するのではなく、低下後のインダクタンスの値に対応して、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えない範囲で、絞る割合を段階的に変更するように制御してもよい。
【００４４】
○ 制御装置２０は、リアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更する方法として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を変更せずに、スイッチング周波数を変更してもよい。この場合も１回のスイッチング時におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を変更することができる。また、スイッチング周波数及びデューティ比の両方を変更してもよい。
【００４５】
○ 制御装置２０は、インダクタンス低下異常有無判断及び対応処理を実行する場合、電流センサ１９で検出されたリアクトル１８に流れる電流値に基づく判断を複数回行って最終的にインダクタンスの低下異常と判断するのではなく、１回の判断でインダクタンスの低下異常の有無判断を行ってもよい。
【００４６】
○ 制御装置２０がバッテリ１２の電圧をバッテリ１２の使用状態（放電及び充電経過）から演算するのではなく、バッテリ１２の電圧を検出する電圧センサを設け、制御装置２０が電圧センサの検出信号からバッテリ１２の電圧を確認する構成にしてもよい。
【００４７】
○ 制御装置２０は、リアクトル１８のインダクタンスを推定せずに、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてリアクトル１８に流れる電流の大きさが閾値を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更するようにしてもよい。このとき、閾値は予め試験等によりインダクタンスの低下異常時における電流値を基に設定する。したがって、インダクタンスを推定せずに、電流センサ１９の検出信号及びバッテリ１２の電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時のオン時間を変更するようにしても支障はない。
【００４８】
○ リアクトル１８は、コアを有するリアクトルに限らず、コアがないリアクトル（空芯リアクトル）であってもよい。コアがない場合でも、導線を被覆しているエナメルが溶けて隣り合うコイルがショートすることにより、インダクタンスが低下する場合もあるので、リアクトル１８が空芯リアクトルであっても、この発明を適用することができる。
【００４９】
○ 直流電源はバッテリ１２に限らず、交流電源から入力された交流を直流に変換して出力するものであってもよい。
○ ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、車両に搭載されて使用される電源装置１１に限らず、他の機器の電源装置に適用してもよい。
【００５０】
○ スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としてＩＧＢＴに代えて、パワーバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。ＭＯＳＥＦＴを使用した場合は、ＭＯＳＦＥＴが寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として寄生ダイオードを有しないＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを使用した場合と異なり、ダイオードＤ１，Ｄ２を接続する手間が不要になり、構成も簡単になる。
【００５１】
○ ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、直流電源であるバッテリ１２から供給される直流電源を昇圧する機能と、インバータ１５から供給される直流電圧を降圧する機能とを備えた双方向の昇降圧コンバータに限らない。例えば、直流電源から供給される直流電圧を昇圧する機能のみを備えた昇圧コンバータや、直流電源から供給される直流電圧を降圧する機能のみを備えた降圧コンバータあるいは直流電源から供給される直流電圧を昇圧して出力すること及び降圧して出力することが可能な昇降圧コンバータであってもよい。
【００５２】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１に記載の発明において、前記制御手段は前記スイッチング素子のデューティ比を変更することにより前記オン時間を変更する。
【００５３】
（２）請求項１に記載の発明において、前記制御手段は前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変更することにより前記オン時間を変更する。
（３）請求項１、請求項２、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記変圧部は、上アーム及び下アームを構成する直列接続された２個のスイッチング素子を有し、前記リアクトルは、一端が前記２個のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記バッテリに接続されており、前記２個のスイッチング素子の直列回路が高圧側に接続された状態で双方向の昇降圧コンバータとして機能可能に構成されている。
【符号の説明】
【００５４】
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、１２…バッテリ、１４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８…リアクトル、１９…電流検出手段としての電流センサ、２０…インダクタンス値推定手段を構成するとともに制御手段としての制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記変圧部に備えられ、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトルと、
前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する制御手段と
を備えていることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記スイッチング素子のオン時間と該オン時間に前記電流検出手段から検出される電流値と該オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有し、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のオン時間と、前記インダクタンス値推定手段において推定された前記リアクトルのインダクタンス値と、前記オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更することを備えていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１】
直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うための変圧部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記変圧部に備えられ、オン、オフ制御されることにより直流電圧の昇圧及び降圧の少なくとも一方を行うためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチングに伴い電流が流れるリアクトルと、
前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出信号及びバッテリの電圧に基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更する制御手段と
を備えていることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記スイッチング素子のオン時間と該オン時間に前記電流検出手段から検出される電流値と該オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を推定するインダクタンス値推定手段を有し、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のオン時間と、前記インダクタンス値推定手段において推定された前記リアクトルのインダクタンス値と、前記オン時間に前記リアクトルに掛かる電圧とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の大きさが閾値を超えないように前記スイッチング素子のスイッチング時のオン時間を変更することを備えていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０００７８（Ｐ２０１１−２０００７８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６４１８（Ｐ２０１０−６６４１８）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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