特許ウォッチ

公開番号2024100365
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-26
出願番号2023004319
出願日2023-01-16
発明の名称コンバータ
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240719BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子が並列に設けられているコンバータを適切に動作させる。
【解決手段】コンバータであって、制御回路を有する。前記制御回路が、前記電流センサで検出される電流に基づいて、第1対象スイッチング素子の第1温度から第1温度推定値を減算した第1差分値と、第2対象スイッチング素子の第2温度から第2温度推定値を減算した第2差分値を算出する。前記第1差分値が第1閾値よりも高く、かつ、前記第2差分値が第2閾値よりも低い場合に、前記第2対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第1対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させ、前記第1差分値が第3閾値よりも低く、かつ、前記第2差分値が第4閾値よりも高い場合に、前記第1対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第2対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
コンバータであって、
高電位入力配線と、
高電位出力配線と、
低電位配線と、
接続点と、
前記高電位入力配線と前記接続点の間に接続されているコイルと、
カソードが前記高電位出力配線に接続されており、アノードが前記接続点に接続されている第１ダイオードと、
前記第１ダイオードに並列に接続されている第１スイッチング素子と、
カソードが前記高電位出力配線に接続されており、アノードが前記接続点に接続されている第２ダイオードと、
前記第２ダイオードに並列に接続されている第２スイッチング素子と、
カソードが前記接続点に接続されており、アノードが前記低電位配線に接続されている第３ダイオードと、
前記第３ダイオードに並列に接続されている第３スイッチング素子と、
カソードが前記接続点に接続されており、アノードが前記低電位配線に接続されている第４ダイオードと、
前記第４ダイオードに並列に接続されている第４スイッチング素子と、
前記コイルに流れる電流を検出する電流センサと、
第１温度センサと、
第２温度センサと、
制御回路、
を有し、
前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子のいずれか一方が第１対象スイッチング素子であり、
前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子のうちの前記第１対象スイッチング素子に対して並列に接続されているスイッチング素子が第２対象スイッチング素子であり、
前記第１温度センサが、前記第１対象スイッチング素子の温度である第１温度を検出し、
前記第２温度センサが、前記第２対象スイッチング素子の温度である第２温度を検出し、
前記制御回路が、
前記電流センサで検出される電流に基づいて、前記第１対象スイッチング素子の温度推定値である第１温度推定値と、前記第２対象スイッチング素子の温度推定値である第２温度推定値を算出し、
前記第１温度から前記第１温度推定値を減算した第１差分値と、前記第２温度から前記第２温度推定値を減算した第２差分値を算出し、
前記第１差分値が第１閾値よりも高く、かつ、前記第２差分値が第２閾値よりも低い場合に、前記第２対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第１対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させ、
前記第１差分値が第３閾値よりも低く、かつ、前記第２差分値が第４閾値よりも高い場合に、前記第１対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第２対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させる、
コンバータ。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
コンバータであって、
高電位入力配線と、
高電位出力配線と、
低電位配線と、
接続点と、
前記高電位入力配線と前記接続点の間に接続されているコイルと、
カソードが前記高電位出力配線に接続されており、アノードが前記接続点に接続されている第１ダイオードと、
前記第１ダイオードに並列に接続されている第１スイッチング素子と、
カソードが前記高電位出力配線に接続されており、アノードが前記接続点に接続されている第２ダイオードと、
前記第２ダイオードに並列に接続されている第２スイッチング素子と、
カソードが前記接続点に接続されており、アノードが前記低電位配線に接続されている第３ダイオードと、
前記第３ダイオードに並列に接続されている第３スイッチング素子と、
カソードが前記接続点に接続されており、アノードが前記低電位配線に接続されている第４ダイオードと、
前記第４ダイオードに並列に接続されている第４スイッチング素子と、
前記コイルに流れる電流を検出する電流センサと、
温度センサと、
制御回路、
を有し、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び、前記第４スイッチング素子のいずれかが対象スイッチング素子であり、
前記温度センサが、前記対象スイッチング素子の温度を検出し、
前記制御回路が、
前記電流センサで検出される電流に基づいて、前記対象スイッチング素子の温度推定値を算出し、
前記温度センサによる検出温度から前記温度推定値を減算した差分値を算出し、
前記差分値が第１閾値よりも高い場合、及び、前記差分値が前記第１閾値よりも低い第２閾値よりも低い場合に、出力制限を実施する、
コンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、コンバータに関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【０００２】
特許文献１には、複数のコンバータを備えるモータ駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１５２９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、コンバータは、コイルと高電位出力配線の間に設けられた高電位側スイッチング素子と、コイルと低電位配線の間に設けられた低電位側スイッチング素子を有する。高電位側スイッチング素子として、並列に接続された複数のスイッチング素子が設けられる場合がある。また、低電位側スイッチング素子として、並列に接続された複数のスイッチング素子が設けられる場合がある。本明細書では、スイッチング素子が並列に設けられているコンバータを適切に動作させる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する第１のコンバータは、高電位入力配線と、高電位出力配線と、低電位配線と、接続点と、前記高電位入力配線と前記接続点の間に接続されているコイルと、カソードが前記高電位出力配線に接続されているとともにアノードが前記接続点に接続されている第１ダイオードと、前記第１ダイオードに並列に接続されている第１スイッチング素子と、カソードが前記高電位出力配線に接続されているとともにアノードが前記接続点に接続されている第２ダイオードと、前記第２ダイオードに並列に接続されている第２スイッチング素子と、カソードが前記接続点に接続されているとともにアノードが前記低電位配線に接続されている第３ダイオードと、前記第３ダイオードに並列に接続されている第３スイッチング素子と、カソードが前記接続点に接続されているとともにアノードが前記低電位配線に接続されている第４ダイオードと、前記第４ダイオードに並列に接続されている第４スイッチング素子と、前記コイルに流れる電流を検出する電流センサと、第１温度センサと、第２温度センサと、制御回路、を有する。前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子のいずれか一方が第１対象スイッチング素子である。前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子のうちの前記第１対象スイッチング素子に対して並列に接続されているスイッチング素子が第２対象スイッチング素子である。前記第１温度センサが、前記第１対象スイッチング素子の温度である第１温度を検出する。前記第２温度センサが、前記第２対象スイッチング素子の温度である第２温度を検出する。前記制御回路が、前記電流センサで検出される電流に基づいて、前記第１対象スイッチング素子の温度推定値である第１温度推定値と、前記第２対象スイッチング素子の温度推定値である第２温度推定値を算出する。また、前記制御回路が、前記第１温度から前記第１温度推定値を減算した第１差分値と、前記第２温度から前記第２温度推定値を減算した第２差分値を算出する。また、前記制御回路が、前記第１差分値が第１閾値よりも高く、かつ、前記第２差分値が第２閾値よりも低い場合に、前記第２対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第１対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させる。また、前記制御回路が、前記第１差分値が第３閾値よりも低く、かつ、前記第２差分値が第４閾値よりも高い場合に、前記第１対象スイッチング素子のオンデューティ比を前記第２対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させる。
【０００６】
互いに並列に接続された第１対象スイッチング素子と第２対象スイッチング素子には、いずれか一方に偏って電流が流れる場合がある。制御回路は、第１差分値と第２差分値を算出し、第１差分値と第２差分値に基づいて第１対象スイッチング素子と第２対象スイッチング素子において電流の偏りが生じているか否かを判定する。第１差分値が第１閾値よりも高く、かつ、第２差分値が第２閾値よりも低い場合には、第１対象スイッチング素子の温度が想定される温度よりも高く、第１対象スイッチング素子に偏って電流が流れていると考えられる。この場合、制御回路は、第２対象スイッチング素子のオンデューティ比を第１対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させることで、第２対象スイッチング素子に流れる電流を上昇させる。また、第１差分値が第３閾値よりも低く、かつ、第２差分値が第４閾値よりも高い場合には、第２対象スイッチング素子の温度が想定される温度よりも高く、第２対象スイッチング素子に偏って電流が流れていると考えられる。この場合、制御回路は、第１対象スイッチング素子のオンデューティ比を第２対象スイッチング素子のオンデューティ比に対して相対的に上昇させることで、第１対象スイッチング素子に流れる電流を上昇させる。このように制御回路は、第１対象スイッチング素子に流れる電流と第２対象スイッチング素子に流れる電流がバランスするように制御を行う。このため、第１対象スイッチング素子と第２対象スイッチング素子の一方に偏って高い電流が流れることが抑制される。
【０００７】
本明細書が開示する第２のコンバータは、高電位入力配線と、高電位出力配線と、低電位配線と、接続点と、前記高電位入力配線と前記接続点の間に接続されているコイルと、カソードが前記高電位出力配線に接続されているとともにアノードが前記接続点に接続されている第１ダイオードと、前記第１ダイオードに並列に接続されている第１スイッチング素子と、カソードが前記高電位出力配線に接続されているとともにアノードが前記接続点に接続されている第２ダイオードと、前記第２ダイオードに並列に接続されている第２スイッチング素子と、カソードが前記接続点に接続されているとともにアノードが前記低電位配線に接続されている第３ダイオードと、前記第３ダイオードに並列に接続されている第３スイッチング素子と、カソードが前記接続点に接続されているとともにアノードが前記低電位配線に接続されている第４ダイオードと、前記第４ダイオードに並列に接続されている第４スイッチング素子と、前記コイルに流れる電流を検出する電流センサと、温度センサと、制御回路、を有する。前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び、前記第４スイッチング素子のいずれかが対象スイッチング素子である。前記温度センサが、前記対象スイッチング素子の温度を検出する。前記制御回路が、前記電流センサに流れる電流に基づいて、前記対象スイッチング素子の温度推定値を算出する。また、前記制御回路が、前記温度センサによる検出温度から前記温度推定値を減算した差分値を算出する。また、前記制御回路が、前記差分値が第１閾値よりも高い場合、及び、前記差分値が前記第１閾値よりも低い第２閾値よりも低い場合に、出力制限を実施する。
【０００８】
互いに並列に接続された複数のスイッチング素子の一方がオープン故障すると、他方のスイッチング素子に高電流が流れる。制御回路は、差分値を算出し、差分値に基づいてスイッチング素子のオープン故障が生じているか否かを判定する。差分値が第１閾値よりも高い場合には、対象スイッチング素子が高温である。この場合、対象スイッチング素子に対して並列に接続されたスイッチング素子がオープン故障しており、対象スイッチング素子に高電流が流れていると考えられる。また、差分値が第２閾値よりも低い場合には、対象スイッチング素子が低温である。この場合、対象スイッチング素子がオープン故障しており、対象スイッチング素子に対して並列に接続されたスイッチング素子に高電流が流れていると考えられる。制御回路は、これらの場合に、出力制限を実施する。したがって、いずれかのスイッチング素子でオープン故障が生じている場合に、出力制限を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
コンバータの回路図。
コンバータの動作中における各スイッチング素子の状態の変化を示すグラフ。
実施例１の処理を示すフローチャート。
実施例２の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１０】
図１に示す実施例１のコンバータ１０は、電動車用の充電設備に搭載されている。コンバータ１０は、入力端子１１ａ、１１ｂと出力端子１３ａ、１３ｂを有している。入力端子１１ａ、１１ｂの間には、外部から直流の入力電圧Ｖｉｎ（例えば、ＤＣ４００Ｖ）が印加される。コンバータ１０は、入力端子１１ａ、１１ｂの間に印加された入力電圧Ｖｉｎを昇圧し、昇圧した電圧（例えば、ＤＣ８００Ｖ）を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子１３ａ、１３ｂの間に出力する。出力端子１３ａ、１３ｂには、電動車９０が接続される。コンバータ１０の出力電圧Ｖｏｕｔが電動車９０に供給されると、電動車９０のバッテリ９２が充電される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許