JP7269193B2 - power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.
電力変換装置として、トランスを用いたDC/DCコンバータにおけるスイッチング素子のオン駆動時に、トランスの1次コイルとスイッチング素子との間の中間ノードの計測電圧と所定の閾値との比較結果から過電流を検出するものが知られている(例えば特許文献1の実施形態参照)。 As a power conversion device, when a switching element is turned on in a DC/DC converter using a transformer, overcurrent is detected from the result of comparison between the measured voltage at the intermediate node between the primary coil of the transformer and the switching element and a predetermined threshold. Detectors are known (see, for example, the embodiment of Patent Document 1).
しかし、スイッチング素子のオン駆動時には、1次側電流はスイッチング素子を介してグランドへ流れ、2次コイルへは流入しないものと考えられる。また、スイッチング素子のオン駆動時には、2次側のダイオードの整流作用によって2次コイルには誘導電流が流れないものと考えられる。したがって、2次コイルに短絡が発生しても、スイッチング素子のオン駆動時における中間ノードの電圧には正常時と比べて変化が殆ど生じないため、スイッチング素子のオン駆動時における中間ノードの計測電圧では、2次コイルの短絡を検出することが困難である。 However, when the switching element is on-driven, the primary side current is considered to flow to the ground via the switching element and not flow into the secondary coil. Further, it is considered that the rectifying action of the diode on the secondary side prevents the induced current from flowing through the secondary coil when the switching element is turned on. Therefore, even if a short circuit occurs in the secondary coil, the voltage at the intermediate node when the switching element is turned on does not change much compared to the normal time, so the measured voltage at the intermediate node when the switching element is turned on Therefore, it is difficult to detect the short circuit of the secondary coil.
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、トランスの2次コイルにおける短絡故障を簡易な構成で検出可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power conversion apparatus capable of detecting a short-circuit fault in a secondary coil of a transformer with a simple configuration.
このため、本発明に係る電力変換装置は、1次コイル及び2次コイルを有し、1次コイルの通電によって生じた磁束が2次コイルと鎖交するように構成された誘導性負荷と、1次コイルとグランドとの間に配置されたスイッチング素子と、1次コイルとスイッチング素子との間を接続する接続線の電圧を計測する電圧計測手段と、スイッチング素子をオンオフさせて1次コイルの通電を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、スイッチング素子のターンオフに伴う接続線の電圧の変化を求め、接続線の電圧の変化が所定の閾値より大きいときに、2次コイルが異常であると判定する。 For this reason, the power conversion device according to the present invention has a primary coil and a secondary coil, and an inductive load configured such that magnetic flux generated by energization of the primary coil interlinks with the secondary coil; a switching element disposed between the primary coil and the ground; a voltage measuring means for measuring the voltage of a connection line connecting the primary coil and the switching element; a control means for controlling energization, wherein the control means obtains a change in the voltage of the connection line due to the turn-off of the switching element, and when the change in the voltage of the connection line is greater than a predetermined threshold, the secondary coil is abnormal. It is determined that
本発明に係る電力変換装置によれば、トランスの2次コイルにおける短絡故障を簡易な構成で検出することができる。 According to the power conversion device of the present invention, it is possible to detect a short-circuit failure in the secondary coil of the transformer with a simple configuration.
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について、詳細に説明する。 Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図1は、電力変換装置が適用される車両用ダンパシステムの一例を示す。車両用ダンパシステムは、例えば四輪の車両1の走行中における路面凹凸による振動を減衰させるために、1つの車輪2に1つの減衰力可変ダンパ3を対応させて、4つの減衰力可変ダンパ3を備える。減衰力可変ダンパ3は、これに印加する電圧(最大数キロボルト)によって粘度が変化する電気粘性流体を作動流体として内部に封入するとともに、印加する電圧を外部から制御することで減衰力の高低を調整できるように構成される。減衰力可変ダンパ3は、対応する車輪2に設けられた図示省略の懸架ばねとともにサスペンション装置を構成する。
FIG. 1 shows an example of a vehicle damper system to which a power converter is applied. The damper system for a vehicle has four variable
また、車両用ダンパシステムは、車両1の車体挙動情報として車輪2における車高を計測するために、車輪2ごとに、サスペンション装置に車高センサ4を備える。車高センサ4は、例えばサスペンションアームと車体との上下変位量等、車輪2における路面からの車体の高さ情報を含む車高信号を出力する。
In addition, the vehicle damper system includes a
そして、車両用ダンパシステムは、車高センサ4から出力された車高信号に応じて減衰力可変ダンパ3において必要となる減衰力を発生させるべく、減衰力可変ダンパ3に印加する電圧を供給する高電圧供給装置5を備える。この高電圧供給装置5は電力変換装置であり、直流電源である車載バッテリ6から供給された電源電圧VBATを所望の直流電圧すなわち減衰力可変ダンパ3に印可する直流電圧に変換(昇圧)して出力するDC/DCコンバータとして機能する。
Then, the vehicle damper system supplies a voltage to be applied to the variable
高電圧供給装置5は、具体的には、マイクロコンピュータを内蔵する制御回路10と、4つの減衰力可変ダンパ3のそれぞれについて1つずつ設けられた昇圧回路20と、を備える。制御回路10は、車高センサ4からの車高信号に基づいて、その車高センサ4が備えられたサスペンション装置の減衰力可変ダンパ3において必要となる減衰力(目標減衰力)を算出し、その減衰力可変ダンパ3に対応する昇圧回路20へ目標減衰力に応じた制御信号を出力する。昇圧回路20は、制御回路10から出力された制御信号に基づいて、車載バッテリ6から供給された電源電圧VBATを所望の直流電圧に昇圧して減衰力可変ダンパ3へ出力する。
Specifically, the high
図2は、減衰力可変ダンパ3の一例を模式的に示す。減衰力可変ダンパ3において、その外郭をなす円筒状の外筒31の下端開口を下端キャップ32により閉塞した有底円筒体に、下端開口をバルブ体33で閉塞した、外筒31よりも小径の円筒状の内筒34が、外筒31と同軸に収容されている。外筒31及び内筒34の上端開口は、上端キャップ35により閉塞されている。外筒31と内筒34(正確には後述の電極筒)との間にはリザーバ室αが形成される。内筒34は、高電圧供給装置5に電気的に接続される。
FIG. 2 schematically shows an example of the damping
また、減衰力可変ダンパ3において、内筒34の内部には、上端キャップ35の挿入口35aを介してピストンロッド36が挿入される。ピストンロッド36と挿入口35aとの間は液密かつ気密となるように構成される。ピストンロッド36の先端には、内筒34の内周面と摺動しつつ上下動を繰り返すピストン37が備えられる。内筒34の内部空間は、ピストン37によって上端キャップ35側の上部シリンダ室βとバルブ体33側の下部シリンダ室γとに画成される。
In the variable
内筒34の側面のうち上端キャップ35の近傍には、内筒34の内外を連通する内筒連通孔34aが設けられる。また、バルブ体33には、リザーバ室αと下部シリンダ室γとを連通するバルブ体連通孔33aが設けられるとともに、下部シリンダ室γからリザーバ室αへの作動流体の流通を制限するバルブ体逆止弁33bが設けられる。さらに、ピストン37には、上部シリンダ室βと下部シリンダ室γとを連通するピストン連通孔37aが設けられるとともに、上部シリンダ室βから下部シリンダ室γへの作動流体の流通を制限するピストン逆止弁37bが設けられる。
An inner
また、減衰力可変ダンパ3において、内筒34と外筒31との間であって、かつ上端キャップ35とバルブ体33との間には、導電体である円筒状の電極筒38が、内筒34及び外筒31と同軸に、かつ内筒34及び外筒31から離間して配置される。電極筒38は、高電圧供給装置5に電気的に接続される。電極筒38は、電気絶縁材料である環状のアイソレータ39によって、電極筒38の上端部及び下端部において、内筒34と電極筒38との間の隙間が閉塞されるとともに、外筒31及び内筒34等の周囲の構成部品から電気的に隔離されている。
In the damping
電極筒38と内筒34との間には、流通する作動流体に電圧が印加される電圧印加流路δが形成され、電極筒38の下端部におけるアイソレータ39には、電圧印加流路δとリザーバ室αとを連通するアイソレータ連通孔39aが設けられる。
Between the
減衰力可変ダンパ3は、外筒31の下端部が各車輪2(車軸)に取り付けられ、ピストンロッド36の上端部が車体に取り付けられることで車両1に装着される。
The damping
ピストンロッド36が伸びるときには、内筒34内のピストン37が上昇することで上部シリンダ室βの作動流体が加圧され、上部シリンダ室βの作動流体が内筒連通孔34aを通して電圧印加流路δ内に流入する。このとき、ピストン37の上昇により電圧印加流路δ内に流入した作動流体に相当する量の作動流体が、リザーバ室αからバルブ体連通孔33aを介して下部シリンダ室γに流入する。
When the
ピストンロッド36が縮むときには、内筒34内のピストン37が下降することで下部シリンダ室γの作動流体がピストン連通孔37aを介して上部シリンダ室βへ流入する。このとき、内筒34内に占めるピストンロッド36の体積増大により押し退けられた作動流体が、上部シリンダ室βから内筒連通孔34aを介して電圧印加流路δへ流入する。
When the
ピストンロッド36が伸びるとき及び縮むときのいずれにおいても、電圧印加流路δ内に流入した作動流体は、電圧印加流路δをアイソレータ連通孔39aに向けて移動する。したがって、電圧印加流路δ内の作動流体は、高電圧供給装置5から供給された直流電圧が内筒34及び電極筒38に印加されることで、内筒34と電極筒38との間に生じた電位差に応じた粘度となる。これにより、減衰力可変ダンパ3において必要となる減衰力を発生させている。
Both when the
図3は、高電圧供給装置5の詳細な内部構成例を示す。なお、上記のように、高電圧供給装置5は4つの昇圧回路20を備えるが、図中では説明の便宜上、1つの減衰力可変ダンパ3に対応する1つの昇圧回路20のみを示すものとする。また、減衰力可変ダンパ3は、コンデンサ3C及び抵抗3Rが並列接続された等価回路で示されるものとする。
FIG. 3 shows a detailed internal configuration example of the high
昇圧回路20は、トランス21、主ダイオード22、出力コンデンサ23、還流ダイオード24、消費抵抗25、スイッチング素子26、ドライバ部27及びフィルタ部28を備える。
The
トランス21は、1次コイル21a及び2次コイル21bを有し、1次コイル21aの通電によって生じた磁束が2次コイル21bと鎖交するように、1次コイル21a及び2次コイル21bが図示省略のコアに巻き回された誘導性負荷である。1次コイル21aは、車載バッテリ6に接続されて電源電圧VBATが印可される。2次コイル21bは、減衰力可変ダンパ3に接続されて、減衰力可変ダンパ3に昇圧した直流電圧を供給する。より具体的には、1次コイル21aの一端は車載バッテリ6の正極に正極線6aを介して接続され、1次コイル21aの他端は車載バッテリ6の負極に負極線6bを介して接続される。また、2次コイル21bの一端は減衰力可変ダンパ3の電極筒38に電極筒線3aを介して接続され、2次コイル21bの他端は減衰力可変ダンパ3の内筒34に内筒線3bを介して接続される。負極線6b及び内筒線3bは、車両1のボディアース等のグランドに接続される。図中において各コイルの極性(巻き始め)を示す黒丸印が付されているように、1次コイル21aと2次コイル21bとでは互いに逆極性であり、1次コイル21aの入力電圧と2次コイル21bの出力電圧とでは互いに逆相となる。
The
主ダイオード22は電極筒線3aに配置されて、主ダイオード22のアノードが2次コイル21bに接続され、主ダイオード22のカソードが減衰力可変ダンパ3に接続される。これにより、主ダイオード22は、電極筒線3aを介して2次コイル21bから減衰力可変ダンパ3へ一方向に電流を流す整流素子として機能する。
The
出力コンデンサ23は、電極筒線3aと内筒線3bとの間において2次コイル21bと並列に配置される。具体的には、出力コンデンサ23の一端は電極筒線3aのうち主ダイオード22のカソードと減衰力可変ダンパ3との間に接続され、出力コンデンサ23の他端は内筒線3bに接続される。
The
還流ダイオード24及び消費抵抗25は、正極線6aと負極線6bとを、1次コイル21aを迂回して接続する還流線29において直列に配置される。具体的には、還流ダイオード24は負極線6bから正極線6aへ向かう方向を順方向として配置される。
The
スイッチング素子26は、負極線6bのうち還流線29が接続される接続点よりもグランド側に配置される。スイッチング素子26は、その制御端子がドライバ部27を介して制御回路10と接続され、制御回路10から出力された制御信号に基づいてオンオフが切り替わるスイッチング動作を行う。スイッチング素子26がオン状態であるときに1次コイル21aとグランドとの間が電気的に導通し、スイッチング素子26がオフ状態であるときに1次コイル21aとグランドとの間が電気的に遮断される。
The switching
図示の構成では、スイッチング素子26としてnチャネル型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられ、ドレイン端子は1次コイル21aの他端に接続され、ソース端子はグランドに接続され、ゲート端子はドライバ部27に接続される。なお、スイッチング素子26は、nチャネル型のMOSFETに限らず、外部から制御信号を制御端子に入力してスイッチング動作を行う半導体スイッチ素子であればよく、例えばバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等であってもよい。
In the illustrated configuration, an n-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used as the switching
制御回路10は、上記のように目標減衰力を算出し、この目標減衰力に応じて生成した制御信号をドライバ部27へ出力することで、スイッチング素子26をオンオフさせて1次コイル21aの通電を制御する通常処理を行う。ドライバ部27は、制御信号に基づいて、実際にスイッチング素子26を駆動するための駆動信号を生成し、この駆動信号をスイッチング素子26へ出力する。
The
図示の構成では、制御回路10は、パルス幅変調(PWM)制御により、スイッチング素子26にスイッチング動作を行わせるPWM信号を生成し、このPWM信号をドライバ部27へ出力する。スイッチング素子26のスイッチング動作時におけるオン時間又はオフ時間の比率(デューティ)は目標減衰力に応じて設定され、PWM信号は、デューティに応じた電圧レベルの指令信号と所定周波数のキャリア信号とを比較して生成される。これにより、PWM信号は、高電位状態のHレベル及び低電位状態のLレベル2つの電位レベルを有する矩形波状のパルス信号となる。例えば、PWM信号がHレベルのときにスイッチング素子26がオン駆動され、PWM信号がLレベルのときにスイッチング素子26がオフ駆動される。ドライバ部27は、PWM信号に基づいて、実際にスイッチング素子26を駆動するためのゲート駆動信号を生成して、このゲート駆動信号をスイッチング素子26のゲート端子へ出力する。
In the illustrated configuration, the
また、制御回路10は、負極線6bのうち1次コイル21aとスイッチング素子26との間の中間ノードの電圧を、高周波成分を除去するフィルタ部28を介して入力して計測し、計測した中間ノードの電圧に基づいて2次コイル21bの短絡故障を検出する異常検出処理を行う。なお、制御回路10は、中間ノードの電圧をA/D(Analog to Digital)変換等によって計測する電圧計測手段として機能する。以下、図示の構成に従って、スイッチング素子26から出力される制御信号をPWM信号とし、上記の中間ノードの電圧をドレイン電圧Vdsとし、スイッチング素子26を流れる電流をドレイン電流Idとする。
In addition, the
制御回路10のマイクロコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、揮発性メモリや不揮発性メモリを含む記憶手段、及び、入出力ポート等を内部バスで通信可能に接続して構成される。制御回路10は、プロセッサが不揮発性メモリに格納された制御プログラムを揮発性メモリに読み出して実行することで、上記の通常処理及び異常検出処理を行う。ただし、通常処理及び異常検出処理の一部又は全部がハードウェアの構成により行われることを排除するものではない。
The microcomputer of the
次に、図4を参照して、高電圧供給装置5の2次コイル21bに短絡故障が発生していない正常時における高電圧供給装置5の動作例について説明する。図4は、正常時の高電圧供給装置5の模式的な動作例であり、(a)はスイッチング素子26のスイッチング動作を示し、(b)はドレイン電流Idの経時変化を示し、(c)はドレイン電圧Vdsの経時変化を示す。
Next, with reference to FIG. 4, an example of operation of the high
時刻t1において、スイッチング素子26が制御回路10から出力されたPWM信号に基づいてターンオンすると(図4(a)参照)、1次コイル21aが通電されて励磁エネルギーの蓄積が開始される。1次コイル21aに流れる電流すなわちドレイン電流Idは、1次コイル21aに固有のインダクタンスの影響を受けて徐々に上昇する(図4(b)参照)。これにより1次コイル21aによって生じた磁束変化がコアを通じて2次コイル21bに誘導起電力を発生させる。しかし、2次コイル21bは1次コイル21aとは逆極性であるため、2次コイル21bの誘導電流は2次側の主ダイオード22によって阻止される。その代りに、スイッチング素子26の前回のオフ駆動時に充電された出力コンデンサ23の放電電流が減衰力可変ダンパ3へ流れる。一方、ドレイン電圧Vdsは、概ねグランド電位となっている(図4(c)参照)。
At time t1 , when the switching
時刻t2において、スイッチング素子26が制御回路10から出力されたPWM信号に基づいてターンオフすると(図4(a)参照)、1次コイル21aの通電が停止し、ドレイン電流Idは流れなくなる(図4(b)参照)。すると、2次コイル21bには、1次コイル21aの通電によってコアに発生した磁束を減少させないように、スイッチング素子26がターンオンしたときとは反対向きに誘導起電力が発生する。このため、2次コイル21bの誘導電流が2次側の主ダイオード22を通して減衰力可変ダンパ3へ流れるようになる。このとき出力コンデンサ23の充電も行われる。これにより、トランス21内に蓄積された励磁エネルギーが減衰力可変ダンパ3へ放出される。2次コイル21bに発生した誘導電流は、励磁エネルギーが放出されるに従って減少していく。
At time t2 , when the switching
ドレイン電圧Vdsは、スイッチング素子26がターンオフしても、直ちに電源電圧VBATまで上昇せず、1次コイル21aに発生した逆起電力の影響により徐々に上昇してく(図4(c)参照)。このとき、1次コイル21aには、誘導電流が流れる2次コイル21bから反射された電圧(反射電圧)が重畳する。このため、ドレイン電圧Vdsは、電源電圧VBATよりも高い電位まで上昇する(図4(c)参照)。ここで、正常時にスイッチング素子26がターンオフしたときのドレイン電圧Vdsの上昇率をλ1とする。スイッチング素子26がターンオンするまでに励磁エネルギーが全て放出されて2次コイル21bの誘導電流が流れなくなると、1次コイル21aには反射電圧が重畳しなくなるので、ドレイン電圧Vdsは電源電圧VBATに収束する。なお、1次コイル21aに発生する逆起電力は、還流ダイオード24及び消費抵抗25によって減衰し、これによりドレイン電圧Vdsはスイッチング素子26の耐圧以下に抑制される。
Even if the switching
時刻t3において、スイッチング素子26は制御回路10から出力されたPWM信号に基づいて再びターンオフし、高電圧供給装置5の時刻t1~t3までの動作が繰り返される。
At time t 3 , the switching
次に、図5を参照して、高電圧供給装置5の2次コイル21bに短絡故障が発生している異常時における高電圧供給装置5の動作例について説明する。図5は、異常時の高電圧供給装置5の模式的な動作例であり、(a)はスイッチング素子26のスイッチング動作を示し、(b)はドレイン電流Idの経時変化を示し、(c)はドレイン電圧Vdsの経時変化を示す。
Next, with reference to FIG. 5, an operation example of the high
時刻t11~t12におけるスイッチング素子26のオン駆動時には(図5(a)参照)、上記のように2次コイル21bには誘導電流が流れないので、1次コイル21aには2次コイル21bからの反射電圧が重畳しない。このため、ドレイン電圧Vds及びドレイン電流Idは正常時の時刻t1~t2と同様の経時変化を示す(図5(b)及び図5(c)参照)。
When the switching
時刻t12において、スイッチング素子26が制御回路10から出力されたPWM信号に基づいてターンオフすると(図5(a)参照)、1次コイル21aの通電が停止し、ドレイン電流Idは流れなくなる(図5(b)参照)。このとき、2次コイル21bのインダクタンスは短絡故障により低下しているので、2次コイル21bには正常時よりも大きな誘導電流が急激に流れ、これにより、1次コイル21aに重畳する反射電圧も増大する。このため、ドレイン電圧Vdsも、2次コイル21bからの反射電圧に応じて、正常時よりも大きくかつ急激に上昇する(図5(c)参照)。ここで、異常時にスイッチング素子26がターンオフしたときのドレイン電圧Vdsの上昇率をλ2とすると、異常時の上昇率λ2は正常時の上昇率λ1よりも大きくなる。
At time t12 , when the switching
2次コイル21bの短絡故障による誘導電流が過大である場合には、ドレイン電圧Vdsは、1次コイル21aと2次コイル21bとの間の相互誘導によって、図示のように激しく振動するリンギングを起こす(図5(c)参照)。そして、スイッチング素子26がターンオンするまでに励磁エネルギーが全て放出されて2次コイル21bの誘導電流が流れなくなると、1次コイル21aには反射電圧が重畳しなくなるので、ドレイン電圧Vdsは電源電圧VBATに収束する。なお、1次コイル21aに発生する逆起電力が還流ダイオード24及び消費抵抗25を通ることで減衰していくのは、正常時と同様である。
When the induced current due to the short-circuit failure of the
時刻t13において、スイッチング素子26は制御回路10から出力されたPWM信号に基づいて再びターンオフし、高電圧供給装置5の時刻t11~t13までの動作が繰り返される。
At time t 13 , the switching
このように、異常時と正常時とでは、スイッチング素子26のターンオフに伴うドレイン電圧Vdsの変化に明確な差異が生じるため、この変化に基づいて2次コイル21bに短絡故障が発生したか否かを判定することができる。
In this way, there is a clear difference in the change in the drain voltage Vds due to the turn-off of the switching
図6は、車両1のイグニッションスイッチがオン操作されて制御回路10に動作電圧が供給されたことを契機として、制御回路10が制御周期ΔTごとに繰り返し行う異常検出処理の一例を示す。なお、異常検出処理は通常処理と並行して行われるものとする。
FIG. 6 shows an example of abnormality detection processing that is repeatedly performed by the
ステップS1(図中では「S1」と略記する。以下同様である。)では、制御回路10は、スイッチング素子26のターンオフを検出する。制御回路10は、これが出力するPWM信号がスイッチング素子26のターンオフを示す電位状態(例えばLレベル)に変化したときに、スイッチング素子26のターンオフを検出することができる。あるいは、制御回路10は、ドライバ部27から出力されるゲート駆動信号がスイッチング素子26のターンオフを示す電位状態(例えばLレベル)に変化したことを検出したときに、スイッチング素子26のターンオフを検出する。そして、制御回路10は、スイッチング素子26のターンオフを検出した場合には(YES)、処理をステップS2へ進める一方、スイッチング素子26のターンオフを検出していない場合には(NO)、ステップS2~S4を省略して、再度ステップS1を実行する。
In step S1 (abbreviated as “S1” in the drawing, the same applies hereinafter), the
ステップS2では、制御回路10は、2つのドレイン電圧Vdsの計測値に基づいてドレイン電圧Vdsの変化率σ1を算出する。2つのドレイン電圧Vdsの計測値は、具体的には、図7で示すように、スイッチング素子26のターンオフを検出した時刻tn以降に取得されてレジスタ等の記憶手段に記憶される。そして、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1は、時刻tn以降の時刻tn+1で取得された1番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+1と、時刻tn+1の後の時刻tn+2で取得された2番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+2と、の変化量ΔVd(=Vdn+2-Vdn+1)を計測間隔S(=tn+2-tn+1)で除算することで算出される。
In step S2, the
ただし、制御周期ΔT及びPWM信号の周期(または周波数)の少なくとも一方は、スイッチング素子26のターンオフによりドレイン電圧Vdsが上昇している間(低下する前)に、2つのドレイン電圧Vdsの計測値を取得できるように設定されているものとする。なお、レジスタ等の記憶手段に記憶された2つのドレイン電圧Vdsの計測値は次の制御周期ΔTまでに消去されてもよい。
However, at least one of the control period ΔT and the period (or frequency) of the PWM signal is measured during the time when the drain voltage Vds is increasing (before decreasing) due to the turn-off of the switching
ステップS3では、制御回路10は、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1が所定の閾値より大きいか否かを判定する。そして、制御回路10は、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1が所定の閾値より大きいと判定した場合には(YES)、2次コイル21bに短絡故障が発生していると判定して、処理をステップS4へ進める。一方、制御回路10は、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1が所定の閾値以下であると判定した場合には(NO)、2次コイル21bに短絡故障が発生していないと判定し、ステップS4を省略して再度ステップS1を実行する。なお、計測間隔Sが一定であれば、ドレイン電圧Vdsの変化量ΔVdと別の閾値との比較によって、2次コイル21bに短絡故障が発生しているか否かを判定してもよい。
At step S3, the
ステップS4では、制御回路10は異常時処理を行う。制御回路10は、二次故障発生の抑制を優先させるときの異常時処理として、PWM信号の出力停止、及び、正極線6aに車載バッテリ6と1次コイル21aとの導通を遮断可能な電源リレーが配置されている場合にはその電源リレーの遮断、の少なくとも一方を行う。あるいは、制御回路10は、減衰力可変ダンパ3の動作継続を優先させるときの異常時処理として、PWM信号のデューティ(オン時間の比率)を所定値以下に低下させる。いずれの異常時処理を行った場合でも、制御回路10は、CAN(Controller Area Network)等の通信ネットワークを介して、車両1の他の電子制御装置へ2次コイル21bの短絡故障が発生したことを通知してもよい。
At step S4, the
図8は、車両1のイグニッションスイッチがオン操作されて制御回路10に動作電圧が供給されたことを契機として、制御回路10が制御周期ΔTごとに繰り返し行う異常検出処理の変形例を示す。なお、図6の異常検出処理と同様の処理内容については、その説明を省略ないし簡略化する。
FIG. 8 shows a modification of the abnormality detection process that is repeatedly performed by the
ステップS11では、制御回路10は、フィルタ部28を介して入力し計測したドレイン電圧Vdsの計測値(前回値)を取得してレジスタ等の記憶手段に記憶する。ドレイン電圧Vdsの計測値は、例えば、記憶の順番あるいは制御周期の順番と関連付けられる等、時系列を認識できるように記憶される。
In step S11, the
ステップS12では、制御回路10は、ステップS1と同様にして、スイッチング素子26のターンオフを検出した場合には(YES)、処理をステップS13へ進める。一方、制御回路10は、スイッチング素子26のターンオフを検出していない場合には(NO)、直前のステップS11で記憶したドレイン電圧Vdsの計測値を消去するとともに、ステップS13~S16を省略して再度ステップS1を実行する。
At step S12, if the
ステップS13では、制御回路10は、ステップS11と同様に、フィルタ部28を介して入力したドレイン電圧Vdsの計測値(今回値)を取得してレジスタ等の記憶手段に記憶する。
In step S13, similarly to step S11, the
ステップS14では、制御回路10は、ステップS2と同様に、2つのドレイン電圧Vdsの計測値に基づいてドレイン電圧Vdsの変化率σ2を算出する。2つのドレイン電圧Vdsは、具体的には、図9に示すように、スイッチング素子26のターンオフを検出する時刻tnの前後で取得される。すなわち、2つのドレイン電圧Vdsは、時刻tnの前の時刻tn-1にステップS11で取得した1番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn-1(前回値)と時刻tn以降の時刻tn+1にステップS13で取得した2番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+1(今回値)とである。そして、ドレイン電圧Vdsの変化率σ2は、時刻tnー1で取得された1番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn-1と、時刻tn+1で取得された2番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+1と、の変化量ΔVd(=Vdn+1-Vdnー1)を、計測間隔S(=tn+1-tn-1)で除算することで算出される。
In step S14, the
ステップS14において、2つのドレイン電圧Vdsをスイッチング素子26のターンオフを検出する時刻tnの前後で取得するのは、2番目のドレイン電圧Vdsの計測値をスイッチング素子26のターンオフによりドレイン電圧Vdsが上昇している間(低下する前)に取得しやすくするためである。
In step S14, the two drain voltages V ds are obtained before and after the time tn when the turn-off of the switching
ステップS15では、制御回路10は、ステップS3と同様に、ドレイン電圧Vdsの変化率σ2が所定の閾値より大きいと判定した場合には(YES)、2次コイル21bに短絡故障が発生していると判定し、処理をステップS16へ進めてステップS4と同様に異常時処理を行う。一方、制御回路10は、ドレイン電圧Vdsの変化率σ2が所定の閾値以下であると判定した場合には(NO)、2次コイル21bに短絡故障が発生していないと判定し、ステップS16を省略して再度ステップS1を実行する。
In step S15, similarly to step S3, if the
このような高電圧供給装置5によれば、異常時と正常時とでスイッチング素子26のターンオフに伴うドレイン電圧Vdsの変化に明確な差異が生じることに着目して、ターンオフに伴うドレイン電圧Vdsの変化(変化率又は変化量)に基づいて、2次コイル21bに短絡故障が発生したか否かを判断している。したがって、高電圧供給装置5によれば、スイッチング素子26のオン駆動時におけるドレイン電圧Vdsと所定の閾値との比較結果から過電流を検出する構成と比較しても、簡易な構成で2次コイル21bの短絡故障を検出できるという顕著な効果を奏する。
According to such a high
なお、上記の実施形態の異常検出処理(図6及び図7参照)において、スイッチング素子26のターンオフによりドレイン電圧Vdsが上昇している間(低下する前)に、2つのドレイン電圧Vdsの計測値を時間的に取得できない場合が考えられる。この場合には、PWM信号の各周期でスイッチング素子26のターンオフに伴うドレイン電圧Vdsの変化が一定であると仮定して、1番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+1を取得したPWM周期後の別のPWM周期におけるスイッチング素子26のターンオフ後に2番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+2を取得してもよい。より具体的には、1番目のドレイン電圧Vdsの計測値Vdsn+1を取得した時刻tn+1にPWM信号のn周期分(nは正の整数)の時間と計測間隔S未満の時間とを加算した時刻で2番目のドレイン電圧Vdsの計測値を取得してもよい。
In the abnormality detection process (see FIGS. 6 and 7) of the above embodiment, while the drain voltage Vds is increasing (before decreasing) due to the turn-off of the switching
上記の実施形態及びその変形例(以下、「実施形態等」という)の異常検出処理において、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1,σ2を所定の閾値と比較していたが、2次コイル21bの短絡故障の故障レベルを判定するために、大きさの異なる複数の閾値を設けてもよい。例えば、大小2つの閾値を設けた場合には以下のように判定することができる。ドレイン電圧Vdsの変化率σ1,σ2が小さい方の閾値以下であるときには、2次コイル21bに短絡故障が発生していないと判断する。ドレイン電圧Vdsの変化率σ1,σ2が小さい方の閾値を超えているが大きい方の閾値以下であるときには、2次コイル21bに軽度の短絡故障が発生していると判断する。ドレイン電圧Vdsの変化率σ1,σ2が大きい方の閾値を超えているときには、2次コイル21bに重度の短絡故障が発生していると判断する。
In the abnormality detection process of the above embodiment and its modifications (hereinafter referred to as "embodiment etc."), the rate of change σ1, σ2 of the drain voltage Vds is compared with a predetermined threshold value. A plurality of thresholds with different magnitudes may be provided to determine the fault level of the short circuit fault. For example, when two large and small thresholds are provided, determination can be made as follows. When the rates of change σ1 and σ2 of the drain voltage Vds are equal to or less than the smaller threshold value, it is determined that the
このように2次コイル21bの短絡故障の故障レベルを判定すれば、故障レベルに応じて異常時処理の内容を選択することができる。例えば、軽度の短絡故障である場合には、PWM信号のデューティ(オン時間の比率)を所定値以下に低下させて、減衰力可変ダンパ3の動作を継続させる。これに対し、重度の短絡故障である場合には、PWM信号の出力停止及び電源リレーの遮断の少なくとも一方を行って、二次故障の発生を抑制する。
By judging the failure level of the short-circuit failure of the
以上、本発明者にとってなされた発明を上記の実施形態等に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることはいうまでもない。また、上記の実施形態等において相互に独立して記載された技術的事項は、技術的に矛盾しない限り、適宜組み合せることも可能である。 The present invention has been specifically described above based on the above embodiments, etc., but the present invention is not limited to the above embodiments, etc., and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that this is possible. Also, the technical matters described independently in the above embodiments and the like can be appropriately combined as long as they are not technically inconsistent.
高電圧供給装置5では、制御回路10の行う通常処理において、PWM信号の周波数を電流不連続モードまたは電流連続モードのいずれに対応させてもよい。ここで、電流不連続モードは、スイッチング素子26のオフ駆動中に2次コイル21bの誘導電流が停止してからスイッチング素子26をターンオンするモードである。また、電流連続モードは、スイッチング素子26のオフ駆動中に2次コイル21bの誘導電流が停止する前にスイッチング素子26をターンオンするモードである。
In the high-
高電圧供給装置5は、1つの減衰力可変ダンパ3が1つの昇圧回路20に対応して、4つの昇圧回路20を備えていたが、昇圧回路20の数は4つに限定されない。例えば、高電圧供給装置5は、前輪の2つの減衰力可変ダンパ3が1つの昇圧回路20に対応し、後輪の2つの減衰力可変ダンパ3が1つの昇圧回路20に対応して、2つの昇圧回路20を備えてもよい。あるいは、高電圧供給装置5は、全車輪の4つの減衰力可変ダンパ3が1つの昇圧回路20を対応して、1つの昇圧回路20を備えてもよい。
The high-
異常時処理は、通常処理と並行に行うものに限られず、通常処理と直列に行われてもよい。例えば、スイッチング素子26のターンオフを検出しなかったときに(ステップS1,S12)、あるいは、ドレイン電圧Vdsの変化率σ1,σ2が所定の閾値以下であったときに(ステップS3,S15)、通常処理を行ってもよい。
The abnormal processing is not limited to being performed in parallel with the normal processing, and may be performed in series with the normal processing. For example, when the turn-off of the switching
電力変換装置は、上記のように車両用ダンパシステムにおける高電圧供給装置5として適用可能であるが、トランス21を用いたDC/DCコンバータとしての機能を利用するものであれば、その用途は問わない。したがって、電力変換装置は、交流電源を備えたシステムにおいて、交流電力をダイオードブリッジ等で直流電力に変換したうえで1次コイル21aに印可されるようにしてもよい。また、電力変換装置は、昇圧するものに限らず、降圧するものであってもよい。
The power conversion device can be applied as the high
5…高電圧供給装置、6…車載バッテリ、6b…負極線、10…制御回路、20…昇圧回路、21…トランス、21a…1次コイル21a、21b…2次コイル、26…スイッチング素子、Vds…ドレイン電圧、VBAT…電源電圧、Vdsn+1,Vdsn-1…1番目のドレイン電圧の計測値、Vdsn+2,Vdsn+1…2番目のドレイン電圧の計測値*
5 High-
Claims (3)
前記1次コイルとグランドとの間に配置されたスイッチング素子と、
前記1次コイルと前記スイッチング素子との間を接続する接続線の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記スイッチング素子をオンオフさせて前記1次コイルの通電を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のターンオフに伴う前記接続線の電圧の変化を求め、前記接続線の電圧の変化が所定の閾値より大きいときに、前記2次コイルが異常であると判定する、電力変換装置。 an inductive load having a primary coil and a secondary coil, wherein magnetic flux generated by energization of the primary coil interlinks with the secondary coil;
a switching element disposed between the primary coil and ground;
voltage measuring means for measuring the voltage of a connection line connecting between the primary coil and the switching element;
control means for controlling energization of the primary coil by turning on and off the switching element;
with
The control means obtains a change in the voltage of the connection line due to the turn-off of the switching element, and determines that the secondary coil is abnormal when the change in voltage of the connection line is greater than a predetermined threshold. Power converter.
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