特開 2022-185327 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185327

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20221207BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092935

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104765

【弁理士】

【氏名又は名称】江上 達夫

(74)【代理人】

【識別番号】100131015

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 浩誉

(72)【発明者】

【氏名】小田島 巨弥

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS05

5H730AS13

5H730BB13

5H730DD03

5H730XX15

5H730XX24

5H730XX35

(57)【要約】

【課題】コンバータに短絡故障が発生したときに、コンバータの下流側の素子を保護する。
【解決手段】制御装置（３０）は、バッテリ（１５１）と、電源ヒューズ（１５２）と、電源ライン及びグランドライン間に直列に接続された上アームのスイッチング素子（１６１）及び下アームのスイッチング素子（１６２）を有するコンバータ（１６）と、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との間に一端が接続され、グランドラインに他端が接続されたフィルタコンデンサ（２４）とを備える電源装置においてコンバータを制御する。当該制御装置は、上アームのスイッチング素子に過電流が流れたことを条件に、下アームのスイッチング素子のオンオフ制御を実施する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、前記バッテリの正極と電源ラインとの間及び前記バッテリの負極とグランドラインとの間の少なくとも一方に配置された電源ヒューズと、前記電源ライン及び前記グランドライン間に直列に接続された上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するコンバータと、前記上アームのスイッチング素子と前記下アームのスイッチング素子との間に一端が接続され、前記グランドラインに他端が接続されたフィルタコンデンサとを備える電源装置において前記コンバータを制御する制御装置であって、
当該制御装置は、前記上アームのスイッチング素子に過電流が流れたことを条件に、前記下アームのスイッチング素子のオンオフ制御を実施する
ことを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンバータの制御装置の技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置として、例えば、車両の高圧電源を低電圧に降圧するコンバータを備える電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１参照）。その他関連する技術として特許文献２及び３が挙げられる。特許文献２には、バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して駆動用モータに電力が供給される車両において、ＤＣ／ＤＣコンバータの下アームに短絡故障が発生した場合に、該下アームのスイッチング素子とグランドラインとの間に設けられているリレーをオフにして下アームの短絡状態を解消した上で、バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して走行用モータに電力を供給して退避走行を可能にする技術が記載されている。特許文献３には、第１低電圧端が主電源に接続されているとともに、第１高電圧端が走行用モータを駆動するインバータに接続されている第１電圧コンバータにおいて、第１高電圧端の正極と負極との間に接続されているスイッチング素子の短絡故障が検出されたときに、昇圧スイッチング素子と直列に接続されているヒューズが溶断していない場合には、第２電圧コンバータを作動させて上記ヒューズを溶断する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１２１８９６号公報

【特許文献2】特許６１２８２１４号公報

【特許文献3】特開２０１７－１０３９４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高圧電源電力をコンバータにより降圧して負荷に供給する電源装置において、コンバータに短絡故障が発生すると、コンバータの下流側の素子に高電圧が印加され、該素子が故障する可能性があるという技術的問題点がある。上述した特許文献１乃至３に記載の技術では、この問題点に対処することは難しい。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コンバータに短絡故障が発生したときに、コンバータの下流側の素子を保護することができる制御装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る制御装置は、バッテリと、前記バッテリの正極と電源ラインとの間及び前記バッテリの負極とグランドラインとの間の少なくとも一方に配置された電源ヒューズと、前記電源ライン及び前記グランドライン間に直列に接続された上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するコンバータと、前記上アームのスイッチング素子と前記下アームのスイッチング素子との間に一端が接続され、前記グランドラインに他端が接続されたフィルタコンデンサとを備える電源装置において前記コンバータを制御する制御装置であって、当該制御装置は、前記上アームのスイッチング素子に過電流が流れたことを条件に、前記下アームのスイッチング素子のオンオフ制御を実施するというものである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る車両の構成を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

制御装置に係る実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１において、車両１は、その前輪に駆動力を与えるモータ１１と、その後輪に駆動力を与えるモータ１３とを備える。モータ１１は、インバータ１２を介してバッテリ１５に電気的に接続されている。モータ１３は、インバータ１４を介して電源１５に電気的に接続されている。

【0009】

電源１５は、バッテリ１５１と、該バッテリ１５１の正極と電源ラインＬとの間に配置された電源ヒューズ１５２とを有する。尚、電源ヒューズ１５２は、バッテリ１５１の負極とグランドラインＧＮＤとの間に配置されていてもよい。或いは、電源ヒューズ１５２は、バッテリ１５１の正極と電源ラインＬとの間、及び、バッテリ１５１の負極とグランドラインＧＮＤとの間の両方に配置されていてもよい。

【0010】

電源１５とインバータ１２との間には、平滑コンデンサ２１が電源１５と電気的に並列に接続されている。電源１５とインバータ１４との間には、平滑コンデンサ２２が電源１５と電気的に並列に接続されている。

【0011】

電源１５とインバータ１４との間には、降圧コンバータ１６が配置されている。降圧コンバータ１６は、スイッチング素子としてのトランジスタ１６１及び１６２と、トランジスタ１６１及び１６２に夫々対応する逆並列ダイオードとを有する。ここで、トランジスタ１６１と、その逆並列ダイオードとは、降圧コンバータ１６の上アームを構成している。トランジスタ１６２と、その逆並列ダイオードとは、降圧コンバータ１６の下アームを構成している。

【0012】

トランジスタ１６１とトランジスタ１６２との間には、コイル２３の一端が電気的に接続されている。コイル２３の他端は、フィルタコンデンサ２４及びＤＣ／ＤＣコンバータ１７に電気的に接続されている。

【0013】

上述の如く構成された車両１において、制御装置３０は、降圧コンバータ１６を制御するように構成されている。尚、降圧コンバータ１６の基本的な制御については、既存の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。

【0014】

ところで、降圧コンバータ１６にショート故障が発生したときに何らの対策もとらなければ、例えばフィルタコンデンサ２４に比較的高い電圧が印加され、フィルタコンデンサ２４の故障が引き起こされる可能性があるという問題点がある。

【0015】

本実施形態において、トランジスタ１６１及び１６２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。そして、トランジスタ１６１及び１６２は、過電流検知機能を有するＩＧＢＴである。

【0016】

制御装置３０の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。図２において、制御装置３０は、例えばトランジスタ１６１により過電流が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の処理において過電流が検知されていないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、図２に示す動作は終了される。なぜなら、降圧コンバータ１６にショート故障が発生していないとみなせるからである。その後、所定期間（例えば、数十ミリ秒から数百ミリ秒）が経過した後に、ステップＳ１０１の処理が行われてよい。つまり、図２に示す動作は、所定期間に応じた周期で繰り返し行われてよい。

【0017】

ステップＳ１０１の処理において、過電流が検知されたと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御装置３０は、下アームのスイッチング素子であるトランジスタ１６２を常時ＯＮにする、又は、トランジスタ１６２に係るＯＮ時間を長くする（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理と並行して、制御装置３０は、ステップＳ１０２の処理に起因してトランジスタ１６２により過電流が検知されないように所定の過電流検知マスク処理を行う（ステップＳ１０３）。

【0018】

上記ステップＳ１０２の処理に起因して、降圧コンバータ１６の下アームにも過電流が流れる。この結果、下アームがショート故障する（言い換えれば、下アームを意図的に破壊する）。すると、電源１５の電源ヒューズ１５２に比較的大きな電流が流れ、該電源ヒューズが溶断される。

【0019】

（技術的効果）
上述したように本実施形態に係る制御装置３０は、降圧コンバータ１６にショート故障が発生したときに、下アームを意図的にショートさせることによって、電源ヒューズ１５２を溶断する。この結果、バッテリ１５１と、例えばフィルタコンデンサ２４との電気的接続が断たれる。従って、本実施形態によれば、降圧コンバータ１６にショート故障が発生したときに、例えばフィルタコンデンサ２４に比較的高い電圧が印加されることを好適に抑制することができる。つまり、本実施形態によれば、降圧コンバータ１６にショート故障が発生したときに、降圧コンバータ１６の下流側の素子を保護することができる。

【0020】

以上に説明した実施形態から導き出される発明の態様を以下に説明する。

【0021】

発明の一態様に係る制御装置は、バッテリと、前記バッテリの正極と電源ラインとの間及び前記バッテリの負極とグランドラインとの間の少なくとも一方に配置された電源ヒューズと、前記電源ライン及び前記グランドライン間に直列に接続された上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するコンバータと、前記上アームのスイッチング素子と前記下アームのスイッチング素子との間に一端が接続され、前記グランドラインに他端が接続されたフィルタコンデンサとを備える電源装置において前記コンバータを制御する制御装置であって、当該制御装置は、前記上アームのスイッチング素子に過電流が流れたことを条件に、前記下アームのスイッチング素子のオンオフ制御を実施するというものである。

【0022】

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0023】

１…車両、１１、１３…モータ、１２、１４…インバータ、１５…電源、１６…降圧コンバータ、１７…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１、２２…平滑コンデンサ、２３…コイル、２４…フィルタコンデンサ、１５１…バッテリ、１５２…電源ヒューズ、１６１、１６２…トランジスタ

【図1】

【図2】