特開 2022-188516 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】P2022188516

(43)【公開日】2022-12-21

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20221214BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 C

H02M3/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096615

(22)【出願日】2021-06-09

(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】大宮 裕司

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730BB57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FG05

5H730XX03

5H730XX12

5H730XX23

5H730XX32

5H730XX48

5H730XX50

(57)【要約】

【課題】過電圧から回路を保護しつつ、コンバータの制御装置の動作を維持する。
【解決手段】制御装置（２３）は、電力変換のためのパワー回路（２１）と内部電源（２２）とを有するコンバータ（２０）において、内部電源からの電力供給を受けて、パワー回路を制御する。当該制御装置は、上位ＥＣＵ（１０）と通信する通信手段（２３３）と、コンバータの出力電圧を検出する検出手段（２３２）と、検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合に、所定のデューティで動作するようにパワー回路を制御する制御手段（２３１）と、を備える。過電圧が検出された場合、通信手段は、コンバータの状態を示す状態情報を上位ＥＣＵに送信する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換のためのパワー回路と内部電源とを有するコンバータにおいて、前記内部電源からの電力供給を受けて、前記パワー回路を制御する制御装置であって、
当該制御装置よりも上位の装置である上位ＥＣＵと通信する通信手段と、
前記コンバータの出力電圧を検出する検出手段と、
前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合に、所定のデューティで動作するように前記パワー回路を制御する制御手段と、
を備え、
前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合、前記通信手段は、前記コンバータの状態を示す状態情報を前記上位ＥＣＵに送信する
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、車両用電源装置を構成する電圧変換装置の起動時に、スイッチング素子のデューティ比を変更して過電流から素子を保護する装置が提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

その他関連する技術として、特許文献２乃至４が挙げられる。特許文献２には、ＤＣＤＣコンバータが第１低電圧を出力した後に上位ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から出力電圧指示がこなくなった場合、ＤＣＤＣコンバータが第１低電圧より高い固定電圧を出力する技術が記載されている。特許文献３には、ＤＣＤＣ変換器において、二次巻線に誘起する電圧が所定範囲外であるときにスイッチング素子の駆動を停止して、二次側回路を高電圧から保護する技術が記載されている。特許文献４には、制御部が、制御デューティ比を固定した状態でコンバータ部の出力が一定になるように制御し、その状態で、該制御部に入力される電圧に基づいてＤＣリンク部の電圧を演算し、該演算した電圧と異常判定閾値とを比較して、ＤＣリンク部の電圧を降圧する抵抗の短絡故障を判定する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－２０４６２５号公報

【特許文献2】特開２０１９－１０３３２３号公報

【特許文献3】特開２００９－２０１２４６号公報

【特許文献4】特開２０１２－０９５５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

コンバータから出力される電力の供給を受けて、コンバータを制御する制御装置は、過電圧の発生に起因してコンバータが停止すると、その動作を停止してしまうという技術的問題点がある。

【0006】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、過電圧から回路を保護しつつ、その動作を維持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】

【0007】

本発明の一態様に係る制御装置は、電力変換のためのパワー回路と内部電源とを有するコンバータにおいて、前記内部電源からの電力供給を受けて、前記パワー回路を制御する制御装置であって、当該制御装置よりも上位の装置である上位ＥＣＵと通信する通信手段と、前記コンバータの出力電圧を検出する検出手段と、前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合に、所定のデューティで動作するように前記パワー回路を制御する制御手段と、を備え、前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合、前記通信手段は、前記コンバータの状態を示す状態情報を前記上位ＥＣＵに送信するというものである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る車両の構成を示す図である。

【図2】電圧の時間変化の一例を示す図である。

【図3】実施形態に係る制御回路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】

【0009】

コンバータの制御装置に係る実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態では、コンバータの制御装置として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御回路２３を一例として挙げる。

【0010】

図１において、車両１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、リレー回路３０及びバッテリ４０を備えて構成されている。ＥＣＵ１０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２０を管轄するように構成されている。ＥＣＵ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に限らず、電源系統全体を管轄するように構成されていてもよい。ＥＣＵ１０は、車両１全体を統括制御可能に構成されていてもよい。

【0011】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、パワー回路２１、内部電源２２及び制御回路２３を有する。パワー回路２１は、電力変換のための回路であり、スイッチング素子（図示せず）等を含んで構成されている。内部電源２２は、制御回路２３に電力を供給するための電源である。制御回路２３は、パワー回路２１の動作を制御可能に構成されている。

【0012】

ここで、制御回路２３は、スイッチ（ＳＷ）駆動部２３１、電圧検出部２３２及び通信部２３３を有する。スイッチ駆動部２３１は、パワー回路２１に係るスイッチング制御を行う。電圧検出部２３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の端子ｔ１側（ここでは、低電圧側）の電圧をモニタする。通信部２３３は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の所定の通信規格で、ＥＣＵ１０と通信可能に構成されている。

【0013】

バッテリ４０は、例えば鉛バッテリ等の低電圧バッテリである。バッテリ４０は、リレー回路３０を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に電気的に接続されている。また、車両１に搭載された電子機器Ｒ１及びＲ２も、リレー回路３０を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に電気的に接続されている。尚、リレー回路３０は、その内部にヒューズ３１を有する。

【0014】

制御回路２３では、例えば電子機器Ｒ１及びＲ２等に適切に電力が供給されるように、通信部２３３により受信されたＥＣＵ１０の指令に応じて、スイッチ駆動部２３１がパワー回路２１に係るスイッチング制御を行う。また、通信部２３３は、例えば電圧検出部２３２により検出された電圧等、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態に係る情報をＥＣＵ１０に送信する。

【0015】

上述の如く構成された車両１の走行中に、例えば振動等に起因して、端子ｔ１と端子ｔ２との間の電気接続部品の接触不良が生じることがある。例えば図２（ａ）の時刻ｔ１に、該接触不良が生じ、端子ｔ１と端子ｔ２との電気的な接続が断たれたとする。すると、図２（ａ）に示すように、電圧検出部２３２がモニタしている電圧が急激に大きくなる（即ち、過電圧が生じる）。このとき、過電圧からＤＣ／ＤＣコンバータ２０を保護するために、パワー回路２１のスイッチング制御が中止されると次のような問題が生じる。

【0016】

図１に示すように、内部電源２２は、パワー回路２１の端子ｔ１側に電気的に接続されている。このため、パワー回路２１のスイッチング制御が中止されると、内部電源２２に電力が供給されなくなる（図２（ａ）の時刻ｔ２参照）。すると、内部電源２２の喪失に起因して制御回路２３に電力が供給されなくなり、制御回路２３とＥＣＵ１０との間の通信が途絶えてしまう。このとき、ＥＣＵ１０は、制御回路２３と通信ができなくなったため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に故障が発生したと診断し、診断結果をログに記録する。この結果、例えばＥＣＵ１０のログを確認した整備士が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が故障していると誤解してしまう可能性がある。言い換えれば、端子ｔ１と端子ｔ２との間の電気接続部品の接触不良が見逃されてしまう可能性がある。

【0017】

上記問題点に鑑みて、制御回路２３のスイッチ制御部２３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に過電圧が発生した場合に、一定のデューティ比で、パワー回路２１に係るスイッチング制御を行うように構成されている。

【0018】

例えば図２（ｂ）の時刻ｔ１に、端子ｔ１と端子ｔ２との間の電気接続部品の接触不良が生じ、端子ｔ１と端子ｔ２との電気的な接続が断たれたとする。この結果、図２（ｂ）に示すように、電圧検出部２３２がモニタしている電圧が急激に大きくなる（即ち、過電圧が生じる）。このとき、制御回路２３のスイッチ制御部２３１は、一定のデューティ比で、パワー回路２１に係るスイッチング制御を行う。すると、図２（ｂ）に示すように、電圧検出部２３２がモニタしている電圧は変動するものの、制御回路２３への電力供給は維持されることになる。

【0019】

このため、端子ｔ１と端子ｔ２との電気的な接続が断たれた場合であっても、制御回路２３とＥＣＵ１０との間の通信を維持することができる。このとき、制御回路２３の通信部２３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態に係る情報として、例えば断線発生を示す情報をＥＣＵ１０に送信してもよい。従って、ＥＣＵ１０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に故障が発生したと誤診断することを防止することができる。尚、例えば図２（ｂ）の時刻ｔ３に、端子ｔ１と端子ｔ２との間の電気接続部品の接触不良が解消されると、ＥＣＵ１０の指令に応じたスイッチング制御が行われることになる。

【0020】

次に、制御回路２３の動作について図３のフローチャートを参照して説明を加える。図３において、制御回路２３は、電圧検出部２３２によりモニタされている電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に過電圧が発生し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、制御回路２３は、電圧検出部２３２によりモニタされている電圧が閾電圧より大きい場合に、過電圧が発生したと判定してよい。

【0021】

上記「閾電圧」は、一定のデューティ比でのスイッチング制御を実施するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は、何らかの物理量若しくはパラメータに応じて可変値として設定されてよい。「閾電圧」は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２０の仕様に基づく許容電圧範囲の上限値として、又は、該上限値より所定値だけ低い値として設定されてよい。

【0022】

ステップＳ１０１の処理において、過電圧が発生していないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、図３に示す動作は終了される。その後、所定時間（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の処理が実施されてよい。つまり、図３に示す動作は、所定時間に応じた周期で繰り返し行われてよい。

【0023】

ステップＳ１０１の処理において、過電圧が発生したと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御回路２３のスイッチ制御部２３１は、一定のデューティ比で、パワー回路２１に係るスイッチング制御を行う（ステップＳ１０２）。

【0024】

（技術的効果）
制御回路２３によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に過電圧が発生した場合であっても、スイッチ制御部２３１により、一定のデューティ比で、パワー回路２１に係るスイッチング制御が行われる。この結果、制御回路２３への電力供給を維持することができる。加えて、一定のデューティ比で、パワー回路２１に係るスイッチング制御が行われることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の端子ｔ１側の実効電圧を低下させることができる。従って、制御回路２３によれば、過電圧から回路を保護しつつ、その動作を維持することができる。

【0025】

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。

【0026】

発明の一態様に係る制御装置は、電力変換のためのパワー回路と内部電源とを有するコンバータにおいて、前記内部電源からの電力供給を受けて、前記パワー回路を制御する制御装置であって、当該制御装置よりも上位の装置である上位ＥＣＵと通信する通信手段と、前記コンバータの出力電圧を検出する検出手段と、前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合に、所定のデューティで動作するように前記パワー回路を制御する制御手段と、を備え、前記検出された出力電圧に基づいて過電圧が検出された場合、前記通信手段は、前記コンバータの状態を示す状態情報を前記上位ＥＣＵに送信するというものである。

【0027】

上述の実施形態においては、「制御回路２３」が「制御装置」の一例に相当し、「ＥＣＵ１０」が「上位ＥＣＵ」の一例に相当し、「スイッチ制御部２３１」が「制御手段」の一例に相当し、「電圧検出部２３２」が「検出手段」の一例に相当し、「通信部２３３」が「通信手段」の一例に相当する。

【0028】

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】

【0029】

１…車両、１０…ＥＣＵ、２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１…パワー回路、２２…内部電源、２３…制御回路、３０…リレー回路、４０…バッテリ、２３１…スイッチ制御部、２３２…電圧検出部、２３３…通信部

【図1】

【図2】

【図3】