特開 2023-176127 電力変換装置

(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】P2023176127

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022088247

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】富士岡 一洋

(72)【発明者】

【氏名】石黒 義章

(72)【発明者】

【氏名】近藤 亮太

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS13

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB57

5H730DD04

5H730EE13

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FG05

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】電圧検出部の異常をより適切に検出することができる電力変換装置を得る。
【解決手段】設定部４１は、目標電圧値に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、設定したデューティ比を電圧変換回路２０に出力する。推定値算出部４２は、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２との関係を前提とした場合において、デューティ比推定値Ｄを、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２とに基づいて、周期的に算出する。異常検出部４３は、更新推定値と比較基準値との差分を差分値ΔＤとして周期的に算出し、算出された差分値ΔＤの変化に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出する。更新推定値は、新たに算出されたデューティ比推定値Ｄである。比較基準値は、更新推定値が算出された周期よりも前の周期において算出されたデューティ比推定値Ｄに基づく値である。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧変換回路、
前記電圧変換回路への入力電圧を、入力電圧検出値として検出する入力電圧検出器と、前記電圧変換回路からの出力電圧を、出力電圧検出値として検出する出力電圧検出器とを有している電圧検出部、及び
前記電圧変換回路を制御する制御部
を備え、
前記制御部は、
前記出力電圧の目標値である目標電圧値に基づいて、前記電圧変換回路に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、設定した前記デューティ比に基づく前記ＰＷＭ信号を前記電圧変換回路に出力する設定部、
前記入力電圧検出値と前記出力電圧検出値との関係を前提とした場合において、前記設定部から前記電圧変換回路に出力されているはずのＰＷＭ信号のデューティ比であるデューティ比推定値を、前記入力電圧検出値と前記出力電圧検出値とに基づいて、周期的に算出する推定値算出部、及び
前記推定値算出部によって新たに算出された前記デューティ比推定値である更新推定値と、前記更新推定値が算出された周期よりも前の周期において、前記推定値算出部によって算出された前記デューティ比推定値に基づく比較基準値との差分を差分値として周期的に算出し、算出された前記差分値の変化に基づいて、前記電圧検出部の異常を検出する異常検出部
を有している電力変換装置。

【請求項2】

前記比較基準値は、前記更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得された前記デューティ比推定値である
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記比較基準値は、前記更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された複数の前記デューティ比推定値の平均値である
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記異常検出部は、前記差分値が規定範囲を超過したことを検出した後、周期的に算出される前記差分値が規定回数連続して前記規定範囲内にあることを検出したとき、前記電圧検出部が異常であると判定する
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記異常検出部は、前記差分値が規定範囲を超過したことを連続して検出し、且つ連続して検出された２回の前記超過におけるそれぞれの前記差分値が前記規定範囲を超える極性が、互いに逆の極性である場合、前記電圧検出部が異常であるか否かの判定を一旦終了する
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記異常検出部は、前記電圧変換回路への前記入力電圧及び前記電圧変換回路からの前記出力電圧に応じて前記規定範囲を設定する
請求項４又は請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記目標電圧値が変更された場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項8】

負荷の変動により、前記電圧変換回路の出力電流が規定電流値以上変化した場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項9】

外部電源の電圧変動により、前記入力電圧が規定電圧値以上変化した場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記規定範囲は、前記電圧検出部の正常動作範囲において、目標電圧値と前記出力電圧検出値とに基づいて設定されるデューティ比と、前記デューティ比推定値との乖離の幅であるデューティ比乖離幅の最大値に基づいて設定されている
請求項４又は請求項５に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電圧変換装置では、ＰＷＭ信号のデューティ比が、電圧変換部の入力電圧及び電圧変換部の出力電圧のいずれかと、目標電圧とに基づいて推定される。ＰＷＭ信号は、電圧変換部に入力される制御信号である。入力電圧及び出力電圧は、電圧検出部によって検出される。電圧変換部が安定状態にあるとき、推定されたＰＷＭ信号のデューティ比と、実際に設定されているデューティ比との差が一定値未満に収束しているか否かが、異常判定部によって判定される（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２０８９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、電圧検出部は、ハードウェアとしての特性ばらつきを有している。特性ばらつきには、例えば、ハードウェアの環境温度によって生じるばらつきと、ハードウェアの経年劣化によって生じるばらつきとがある。上記のような従来の電圧変換装置において、電圧検出部の異常を検出する場合、上記ばらつきのため、異常の検出精度が低下する。その結果、電圧検出部の異常を適切に検出できなくなるという問題があった。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、電圧検出部の異常をより適切に検出することができる電力変換装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る電力変換装置は、電圧変換回路、電圧変換回路への入力電圧を、入力電圧検出値として検出する入力電圧検出器と、電圧変換回路からの出力電圧を、出力電圧検出値として検出する出力電圧検出器とを有している電圧検出部、及び電圧変換回路を制御する制御部を備え、制御部は、出力電圧の目標値である目標電圧値に基づいて、電圧変換回路に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づくＰＷＭ信号を電圧変換回路に出力する設定部、入力電圧検出値と出力電圧検出値との関係を前提とした場合において、設定部から電圧変換回路に出力されているはずのＰＷＭ信号のデューティ比であるデューティ比推定値を、入力電圧検出値と出力電圧検出値とに基づいて、周期的に算出する推定値算出部、及び推定値算出部によって新たに算出されたデューティ比推定値である更新推定値と、更新推定値が算出された周期よりも前の周期において、推定値算出部によって算出されたデューティ比推定値に基づく比較基準値との差分を差分値として周期的に算出し、算出された差分値の変化に基づいて、電圧検出部の異常を検出する異常検出部を有している。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る電力変換装置によれば、電圧検出部の異常をより適切に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る電力変換装置を一部ブロックで示す構成図である。

【図2】図１の負荷として、インバータ回路及びモータを適用した場合の電力変換装置の構成図である。

【図3】図１の出力電圧検出器の出力ばらつきを説明するための図である。

【図4】図１の電力変換装置におけるデューティ比乖離幅と、規定範囲の設定方法とを説明するための図である。

【図5】図１の制御部が実行する異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。

【図6】図１の入力電圧検出器にノイズが重畳した場合の異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。

【図7】図１の出力電圧検出器にノイズが重畳した場合の異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。

【図8】図１の制御部が実行する異常検出ルーチンを示すフローチャートである。

【図9】図８の異常検出ルーチンの処理に続く処理を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態２に係る電力変換装置の制御部が実行する異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。

【図11】実施の形態２に係る電力変換装置の制御部が実行する異常検出ルーチンを示すフローチャートである。

【図12】電圧変換回路として、２段のマルチレベル昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。

【図13】電圧変換回路として、２相のマルチフェーズ昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。

【図14】電圧変換回路として、１相１段の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。

【図15】電圧変換回路として、１相１段の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。

【図16】実施の形態１及び２の電力変換装置の機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。

【図17】実施の形態１及び２の電力変換装置の機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置を一部ブロックで示す構成図である。電力変換装置１０は、電圧変換回路２０、電圧検出部３０、及び制御部４０を備えている。

【0010】

電圧変換回路２０は、外部電源としての直流電圧源５０と接続されている。また、電圧変換回路２０は、負荷６０と接続されている。電圧変換回路２０は、入力電圧を出力電圧に変換する。入力電圧は、直流電圧源５０から電圧変換回路２０に入力される電圧である。出力電圧は、電圧変換回路２０から負荷６０へ出力する電圧である。

【0011】

電圧変換回路２０は、第１スイッチング素子２１、第２スイッチング素子２２、入力コンデンサ２３、出力コンデンサ２４、リアクトル２５、及び駆動部２６を有している。

【0012】

第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２は、それぞれＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）とダイオードとにより構成されている。ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間に逆並列に接続されている。即ち、ダイオードのカソードは、ＭＯＳＦＥＴのソースと接続されており、ダイオードのアノードは、ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続されている。そのため、このダイオードは、逆並列ダイオードと呼ばれる。逆並列ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴに内蔵されている。また、ＭＯＳＦＥＴには、ＳｉＣ（Silicon Carbide）半導体が用いられている。

【0013】

第１スイッチング素子２１のドレイン端子は、負荷６０の正極側に接続されている。第１スイッチング素子２１のソース端子は、第２スイッチング素子２２のドレイン端子に接続されている。第２スイッチング素子２２のソース端子は、負荷６０の負極側に接続されている。

【0014】

入力コンデンサ２３は、直流電圧源５０の正極側と直流電圧源５０の負極側との間に接続されている。入力コンデンサ２３は、第１スイッチング素子２１のオンオフ動作により生じるノイズの成分及び第２スイッチング素子２２のオンオフ動作により生じるノイズの成分が、直流電圧源５０側に流出することを防止する。また、入力コンデンサ２３は、直流電圧源５０が発生する電圧の変動を平滑化する。

【0015】

出力コンデンサ２４は、負荷６０の正極側と負荷６０の負極側との間に接続されている。つまり、出力コンデンサ２４は、第１スイッチング素子２１のドレイン端子と第２スイッチング素子２２のソース端子との間に接続されている。出力コンデンサ２４は、第１スイッチング素子２１がオフになっている場合において、負荷６０への電力の供給を賄っている。また、出力コンデンサ２４は、第１スイッチング素子２１のオンオフ動作により生じるノイズの成分及び第２スイッチング素子２２のオンオフ動作により生じるノイズの成分が、負荷６０に流出することを防止している。

【0016】

リアクトル２５の一端は、直流電圧源５０の正極側に接続されている。リアクトル２５の他端は、第１スイッチング素子２１のソース端子及び第２スイッチング素子２２のドレイン端子に接続されている。

【0017】

駆動部２６は、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）等で構成されるバッファ回路を有している。駆動部２６には、制御部４０からＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が入力される。ＰＷＭ信号は、電圧変換回路２０に与える信号である。駆動部２６は、入力されたＰＷＭ信号を、バッファ回路により増幅し、第１スイッチング素子２１のゲート端子とソース端子間、及び第２スイッチング素子２２のゲート端子とソース端子間にそれぞれ印加する。

【0018】

駆動部２６は、入力されたＰＷＭ信号に従って、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２をそれぞれ交互にオンオフ動作させる。これにより、リアクトル２５へのエネルギーの蓄積と、蓄積されたエネルギーの負荷６０及び出力コンデンサ２４への供給とが交互に行われ、出力電圧が入力電圧よりも高い電圧に昇圧される。つまり、電圧変換回路２０は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。

【0019】

電圧検出部３０は、入力電圧検出器３１と出力電圧検出器３２とを有している。入力電圧検出器３１は、電圧変換回路２０への入力電圧を、入力電圧検出値Ｖ１として検出する。出力電圧検出器３２は、電圧変換回路２０からの出力電圧を、出力電圧検出値Ｖ２として検出する。

【0020】

入力電圧検出器３１及び出力電圧検出器３２は、それぞれ分圧抵抗、絶縁素子、及びＡ／Ｄコンバータを有している。分圧抵抗は、電圧変換回路２０の電圧を、制御部４０の動作電圧のレベルまで低下させる。絶縁素子は、電圧変換回路２０と制御部４０とを絶縁するための素子である。Ａ／Ｄコンバータは、検出された電圧をデジタル値に変換する。

【0021】

制御部４０は、機能ブロックとして、設定部４１、推定値算出部４２、及び異常検出部４３を有している。

【0022】

設定部４１は、目標電圧値と、出力電圧検出値Ｖ２とに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。目標電圧値は、電圧変換回路２０の出力電圧の目標値である。目標電圧値は、上位装置７０により決定される。より具体的に述べると、設定部４１は、ＰＩ制御により、出力電圧検出値Ｖ２が目標電圧値に近付くように、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。設定部４１は、ＰＷＭ信号を電圧変換回路２０の駆動部２６に出力する。

【0023】

推定値算出部４２は、デューティ比推定値を、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２とに基づいて、周期的に算出する。デューティ比推定値は、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２との関係を前提とした場合において、設定部４１から電圧変換回路２０へ出力されているはずのＰＷＭ信号のデューティ比である。また、推定値算出部４２は、周期的に算出されたデューティ比推定値を記憶する。

【0024】

周期番号「ｎ」におけるデューティ比推定値をＤ(ｎ)とすると、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、以下の式（１）により表される。ここで、Ｖ１(ｎ)は周期番号「ｎ」における入力電圧検出値Ｖ１であり、Ｖ２(ｎ)は周期番号「ｎ」における出力電圧検出値Ｖ２である。なお、式（１）のデューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、電圧変換回路２０が昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである場合に成立する。

【0025】

Ｄ(ｎ)＝（Ｖ２(ｎ)－Ｖ１(ｎ)）／Ｖ２(ｎ) ・・・（１）

【0026】

異常検出部４３は、更新推定値と、比較基準値との差分を差分値として周期的に算出する。更新推定値は、推定値算出部４２によって新たに算出されたデューティ比推定値である。比較基準値は、更新推定値が算出された周期よりも前の周期において、推定値算出部４２によって算出されたデューティ比推定値に基づく値である。異常検出部４３は、算出された差分値の変化に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出する。

【0027】

周期番号「ｎ」における更新推定値は、周期番号「ｎ」において算出されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ)である。比較基準値をＣｍｐ、周期番号「ｎ」における差分値をΔＤ(ｎ)とすると、差分値ΔＤ(ｎ)は、以下の式（２）により表される。

【0028】

ΔＤ(ｎ)＝Ｄ(ｎ)－Ｃｍｐ ・・・（２）

【0029】

実施の形態１において、比較基準値Ｃｍｐは、更新推定値が取得された周期の直前の周期において、取得されたデューティ比推定値である。つまり、式（２）は、以下の式（３）により表される。

【0030】

ΔＤ(ｎ)＝Ｄ(ｎ)－Ｄ(ｎ－１) ・・・（３）

【0031】

異常検出部４３は、電圧検出部３０の異常を検出した場合、上位装置７０に電圧検出部３０の異常を通知する。なお、その後、設定部４１が異常の通知に対する上位装置７０の指令を受信すると、上位装置７０からの指令に従って、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２を制御する。例えば、上位装置７０からの指令は、第１スイッチング素子２１のスイッチング動作及び第２スイッチング素子２２のスイッチング動作を停止させる指令である。また、例えば、上位装置７０からの指令は、一定のデューティ比によるスイッチング動作を、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２に継続させる指令である。

【0032】

直流電圧源５０は、二次電池により構成されている。二次電池としては、例えば、バッテリ、リチウムイオン電池、及びニッケルカドミウム電池が挙げられる。

【0033】

上位装置７０は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成されている。上位装置７０は、目標電圧値と、負荷６０の変動に関する情報とを、制御部４０に送信する。負荷６０の変動に関する情報としては、例えば、負荷電流値が挙げられる。

【0034】

図２は、図１の負荷６０として、インバータ回路及びモータを適用した場合の電力変換装置１０の構成図である。負荷６０は、インバータ回路６１及びモータ６２を有している。インバータ回路６１は、６つのスイッチング素子を有している。このように、負荷６０がスイッチング素子を有している負荷である場合、出力コンデンサ２４は、負荷６０のスイッチング素子のオンオフ動作により生じるノイズの成分が、電圧変換回路２０に流入することを防止している。

【0035】

図３は、比較例における出力電圧検出器３２の出力ばらつきを説明するための図である。電圧検出部３０の異常を検出する場合、異常の誤検出を防ぐために、電圧検出部３０のハードウェアとしての特性ばらつきを考慮して、異常を検出するための閾値の設定マージンが定められる必要がある。

【0036】

例えば、電圧変換回路２０の入出力電圧条件及び電圧検出部３０の特性ばらつきを以下のように想定したとき、必要な設定マージンは、次のように計算される。

【0037】

入力電圧範囲：２００～４００Ｖ
出力電圧範囲：２００～６５０Ｖ
正常な入力電圧検出器３１の特性ばらつき：±２％
正常な出力電圧検出器３２の特性ばらつき：±４％

【0038】

ここでは、差分値ΔＤ(ｎ)に基づく異常検出方法との比較例として、上記の式（１）に従って計算されたデューティ比推定値と、実際に設定されたデューティ比との差分に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出する方法を仮定した場合の設定マージンが計算される。

【0039】

この場合、デューティ比乖離幅の最大値は０．０６と計算される。デューティ比乖離幅は、設定部４１において設定されるデューティ比と、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)との乖離の幅である。従って、この場合、電圧検出部３０における異常の誤検出を避けるために、設定マージンは、少なくとも±０．０６に設定される必要がある。

【0040】

図３において、横軸には実際の出力電圧が示されており、縦軸には出力電圧検出値Ｖ２が示されている。実線８１は、出力電圧検出値Ｖ２が実際の出力電圧と一致していることを表わしている。出力電圧検出値Ｖ２が実線８１上にある場合、設定されたデューティ比とデューティ比推定値Ｄ(ｎ)とは一致していることになる。即ち、この場合、デューティ比乖離幅が０であることを表している。また、出力電圧検出値Ｖ２が実線８１から離れるほど、デューティ比乖離幅は大きいと考えられる。

【0041】

破線８２は、入力電圧が２００Ｖである場合における出力電圧検出値Ｖ２のばらつきの上限を表している。破線８３は、入力電圧が２００Ｖである場合における出力電圧検出値Ｖ２のばらつきの下限を表している。破線８４は、入力電圧が４００Ｖである場合における出力電圧検出値Ｖ２のばらつきの上限を表している。破線８５は、入力電圧が４００Ｖである場合における出力電圧検出値Ｖ２のばらつきの下限を表している。

【0042】

このように、出力電圧検出値Ｖ２のばらつきは、出力電圧が高いほど大きくなる。また、出力電圧検出値Ｖ２のばらつきは、入力電圧が低いほど大きくなる。出力電圧検出値Ｖ２のばらつきは、入力電圧が２００Ｖ、出力電圧が６５０Ｖの場合に最大となり、その大きさは、１７６Ｖである。つまり、破線８２の右端は８２６Ｖである。このことは、目標電圧値６５０Ｖに対し、出力電圧検出値Ｖ２が８２６Ｖを超えるまでは、出力電圧検出器３２が異常とは判断できないことを意味している。従って、出力電圧検出器３２の異常の誤検出を防ぐために、一点鎖線８６と一点鎖線８７との間が設定マージン８８として設定されることが望まれる。

【0043】

図４は、図１の電力変換装置１０におけるデューティ比乖離幅と、異常検出の規定範囲の設定方法とを説明するための図である。規定範囲は、差分値ΔＤ(ｎ)がその範囲に収まっているときに、電圧検出部３０が正常と判定される範囲である。規定範囲は、設定マージンを含めて設定されている。図４は、電圧変換回路２０の入出力条件が、入力電圧範囲２００～４００Ｖ及び出力電圧範囲２００～６５０Ｖである場合におけるデューティ比乖離幅のシミュレーション結果を表している。このシミュレーションは、異常検出部４３が、更新推定値と比較基準値との差分を差分値として周期的に算出し、算出された差分値の変化に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出する場合のシミュレーションである。

【0044】

図４において、横軸には目標出力電圧が示されており、縦軸にはデューティ比乖離幅が示されている。

【0045】

丸形のプロット群は、電圧検出部３０が正常な動作をしている場合において、電圧変換回路２０の出力電力が、電圧変換回路２０の出力電流の変化によって、最大５ｋＷ変化したときのデューティ比乖離幅を示している。この条件では、デューティ比乖離幅は、入力電圧２００Ｖ且つ出力電圧２２０Ｖにおいて最大となり、その値は０．００７である。

【0046】

一方、同様の入出力条件において、出力電圧検出器３２の異常を想定して、出力電圧検出値Ｖ２が５０Ｖ変動した場合のデューティ比乖離幅が、ひし形のプロットにより示されている。また、出力電圧検出器３２の異常を想定して、出力電圧検出値Ｖ２が１００Ｖ変動した場合のデューティ比乖離幅が、矩形のプロットにより示されている。

【0047】

このシミュレーション結果から、出力電圧検出値Ｖ２の変動が５０Ｖの場合も出力電圧検出値Ｖ２の変動が１００Ｖの場合も、デューティ比乖離幅は０．０２以上であることが理解される。この結果において、デューティ比乖離幅が最小となる電圧条件は、入力電圧２００Ｖ且つ出力電圧６５０Ｖである。以上のシミュレーション結果を踏まえ、規定範囲は、電圧検出部３０が正常な状態におけるデューティ比乖離幅の最大値である０．００７と、電圧検出部３０が異常な状態におけるデューティ比乖離幅の最小値である０．０２との間の０．０１に設定される。

【0048】

このように、実施の形態１によれば、出力電力が５ｋＷ変化する場合を想定しても、比較例に対して、デューティ比乖離幅を一桁小さくすることができる。そのため、実施の形態１における異常検出方法では、電圧検出部３０の異常を、比較例における異常検出方法よりも精度良く検出することができる。

【0049】

図５は、図１の制御部４０が実行する異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。図５の横軸には、時間が示されている。図５には、上から順に、周期番号、各種電圧、デューティ比推定値Ｄ、差分値ΔＤ、異常判定カウントｃ、及び異常検出ステータスが示されている。各種電圧は、目標電圧値、入力電圧、入力電圧検出値Ｖ１、出力電圧、及び出力電圧検出値Ｖ２である。

【0050】

周期番号は、制御部４０における一定周期毎の制御周期を表している。制御部４０では、一定周期毎に、入力電圧検出値Ｖ１の取得、出力電圧検出値Ｖ２の取得、目標電圧値の取得、及びデューティ比の更新が行われる。横軸は、例えば、制御周期が２０μｓに設定されている場合、周期番号が１つ増加する毎に２０μｓ経過していることを意味している。図５に示した例では、周期番号「６」において、出力電圧検出器３２が故障して、周期番号「７」以降、出力電圧検出値Ｖ２が目標電圧値よりも高い電圧を維持している状況が想定されている。

【0051】

目標電圧値は、一点鎖線により示されており、周期番号「１」から「１２」までの間において、一定である。入力電圧は、破線により示されており、入力電圧検出値Ｖ１は、丸形のプロットにより示されている。入力電圧及び入力電圧検出値Ｖ１は、周期番号「１」から「１２」までの間において、互いに一致しており、且つ一定である。

【0052】

出力電圧は、実線により示されており、出力電圧検出値Ｖ２は、入力電圧検出値Ｖ１のプロットよりも大きい丸形のプロットにより示されている。出力電圧と出力電圧検出値Ｖ２とは、周期番号「１」から「５」までの間において、目標電圧値と一致しており、一定に推移している。しかし、周期番号「６」において、何らかの原因により出力電圧検出器３２が故障したため、出力電圧検出値Ｖ２が周期番号「７」において増加している。その後、出力電圧検出値Ｖ２は、周期番号「１２」までの間、目標電圧値よりも高い一定の電圧を維持している。

【0053】

周期番号「７」における出力電圧検出値Ｖ２の増加は、周期番号「８」において、設定部４１による設定に反映される。設定部４１は、周期番号「８」以降、出力電圧検出値Ｖ２が目標電圧値に近付くようにデューティ比を低下させるため、出力電圧は周期番号「８」において目標電圧値から低下し始める。

【0054】

その後、出力電圧検出値Ｖ２は、目標電圧値よりも高い一定の電圧を維持しているため、設定部４１は、デューティ比を低下させ続け、最終的にデューティ比を０に設定する。その結果、出力電圧は入力電圧に収束する。なお、図５に示した制御は、あくまで一例であり、設定部４１がデューティ比を低下し始める周期番号は「８」でなくてもよい。

【0055】

周期番号「７」において、出力電圧検出値Ｖ２は急激に変化している。デューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、式（１）に従って算出されるため、周期番号「７」において急激に変化する。また、周期番号「８」以降、出力電圧検出値Ｖ２は一定値を維持しているため、デューティ比推定値Ｄも周期番号「７」における値を維持している。

【0056】

例えば、周期番号「６」における差分値ΔＤ(６)は、周期番号「６」におけるデューティ比推定値Ｄ(６)から、周期番号「５」におけるデューティ比推定値Ｄ(５)を減算した値である。本例では、周期番号「１」から周期番号「６」までの間、入力電圧検出値Ｖ１及び出力電圧検出値Ｖ２に変化はないため、異常検出部４３は、継続的に差分値ΔＤ(ｎ)を０と計算する。

【0057】

しかし、周期番号「７」において、デューティ比推定値Ｄ(７)が急激に変化するため、差分値ΔＤ(７)も急激に変化し、差分値ΔＤ(７)は、予め定められている超過検出閾値（０．０１）を超過する。ここで、超過検出閾値（０．０１）は、規定範囲の上限であり、超過検出閾値（－０．０１）は、規定範囲の下限である。言い換えると、超過検出閾値は、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過するか否かの判定閾値である。

【0058】

周期番号「７」において、異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過したことを検出する。周期番号「８」以降、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)は変化しないため、異常検出部４３は、継続的に差分値ΔＤ(ｎ)を０と計算する。

【0059】

異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過したことを検出した後、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過した周期の次の周期から、差分値ΔＤ(ｎ)が規定回数として、５回連続して規定範囲内に収まっている場合、電圧検出部３０が異常であるとの判定を確定する。

【0060】

ここで、異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過した場合、異常検出ステータスを「非検出」から「検出中」に変更する。異常検出ステータスが「検出中」に変更されると、異常検出部４３は、異常検出処理を開始する。より具体的に述べると、異常検出部４３は、異常検出ステータスが「検出中」に変更されると、異常判定カウントｃを０にする。異常検出部４３は、異常検出ステータスが「検出中」に変更された周期の次の周期において、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲内に収まっている場合、異常判定カウントｃを１つカウントアップする。

【0061】

図５の例では、周期番号「８」から「１２」までの間、差分値ΔＤ(ｎ)は、規定範囲に収まっているので、異常判定カウントｃはカウントアップを続け、周期番号「１２」において、異常判定カウントｃが「５」となる。この時点において、異常検出部４３は、異常検出ステータスを「検出中」から「異常確定」に変更する。

【0062】

このように、異常検出ステータスを設けて、差分値ΔＤ(ｎ)を監視することにより、異常検出部４３は、電圧検出部３０の異常が確定される前に、電圧検出部３０の異常の可能性を上位装置７０に通知することができる。

【0063】

図６は、図１の入力電圧検出器３１にノイズが重畳した場合の異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。周期番号「７」において、入力電圧検出器３１に瞬時的なノイズが重畳した場合、周期番号「７」におけるデューティ比推定値Ｄ(７)が、周期番号「６」におけるデューティ比推定値Ｄ(６)に対して変動する。これにより、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)が規定範囲を超過する。

【0064】

そのため、異常検出部４３は、周期番号「７」において、異常検出ステータスを「非検出」から「検出中」に変更し、異常判定カウントｃを開始する。しかし、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)の超過がノイズ起因であった場合、次の周期番号「８」におけるデューティ比推定値Ｄ(８)は、周期番号「６」以前のデューティ比推定値Ｄと同様の値に戻る。そのため、周期番号「８」における差分値ΔＤ(８)は、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)の超過の極性とは逆の極性に超過する。

【0065】

このように、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過したことが連続して検出され、且つ連続して検出された２回の超過におけるそれぞれの差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超える極性が、互いに逆の極性である場合、２回の超過はノイズの重畳に起因していると判断できる。そのため、この場合、異常検出部４３は、異常検出ステータスを「検出中」から「非検出」に変更し、電圧検出部３０が異常であるか否かの判定を一旦終了する。

【0066】

図７は、図１の出力電圧検出器３２にノイズが重畳した場合の異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。周期番号「７」において、出力電圧検出器３２に瞬時的なノイズが重畳した場合、周期番号「７」におけるデューティ比推定値Ｄ(７)が、周期番号「６」におけるデューティ比推定値Ｄ(６)に対して変動する。これにより、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)が規定範囲を超過する。

【0067】

そのため、異常検出部４３は、周期番号「７」において、異常検出ステータスを「非検出」から「検出中」に変更し、異常判定カウントｃを開始する。しかし、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)の超過がノイズ起因であった場合、次の周期番号「８」におけるデューティ比推定値Ｄ(８)は、周期番号「６」以前のデューティ比推定値Ｄと同様の値に戻る。そのため、周期番号「８」における差分値ΔＤ(８)は、周期番号「７」における差分値ΔＤ(７)の超過の極性とは逆の極性に超過する。

【0068】

このように、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過したことが連続して検出され、且つ連続して検出された２つの超過におけるそれぞれの差分値ΔＤが規定範囲を超える極性が、互いに逆の極性である場合、２回の超過はノイズの重畳に起因していると判断できる。そのため、この場合、異常検出部４３は、異常検出ステータスを「検出中」から「非検出」に変更し、電圧検出部３０が異常であるか否かの判定を一旦終了する。

【0069】

なお、異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)の変化に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出するため、入力電圧が一定、目標電圧値が一定、及び負荷電流の変動による出力電力変動が５ｋＷ以下の条件において、特に精度の高い異常検出が可能である。そのため、入力電圧、目標電圧値、及び負荷電流が変動している状態においては、異常検出部４３による異常の判定を無効にすることが好ましい。そこで、異常検出部４３は、入力電圧検出器３１による入力電圧検出値Ｖ１の変動についての情報、目標電圧値の変動についての情報、及び負荷電流の変動についての情報に基づいて、電圧検出部３０の異常の判定を一旦無効にする。

【0070】

図８は、図１の制御部４０が実行する異常検出ルーチンを示すフローチャートである。図８のルーチンは、例えば、一定の時間が経過する毎に実行されるようになっている。図８のルーチンが開始されると、制御部４０は、ステップＳ１０１において、目標電圧値に変化があるか否かを判定する。

【0071】

目標電圧値に変化がある場合、制御部４０は、ステップＳ１０５において、異常検出ステータスを「非検出」に設定するとともに、異常判定カウントｃを０にして、本ルーチンを一旦終了する。一方、目標電圧値に変化がない場合、制御部４０は、ステップＳ１０２において、負荷電流の変動が規定電流値以下の状態が一定時間以上継続しているか否かを判定する。

【0072】

負荷電流の変動が規定電流値以下の状態が一定時間以上継続していない場合、制御部４０は、ステップＳ１０５において、異常検出ステータスを「非検出」に設定するとともに、異常判定カウントｃを０にして、本ルーチンを一旦終了する。

【0073】

一方、負荷電流の変動が規定電流値以下の状態が一定時間以上継続している場合、制御部４０は、ステップＳ１０３において、入力電圧の変動が規定電圧値以下の状態が一定時間以上継続しているか否かを判定する。

【0074】

入力電圧の変動が規定電圧値以下の状態が一定時間以上継続していない場合、制御部４０は、ステップＳ１０５において、異常検出ステータスを「非検出」に設定するとともに、異常判定カウントｃを０にして、本ルーチンを一旦終了する。

【0075】

一方、入力電圧の変動が規定電圧値以下の状態が一定時間以上継続している場合、制御部４０は、ステップＳ１０４において、式（１）に従って、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)を計算し、図９のルーチンを開始する。

【0076】

図９は、図８の異常検出ルーチンの処理に続く処理を示すフローチャートである。図９のルーチンは、図８のステップＳ１０４に続いて、実行されるようになっている。図９のルーチンが開始されると、異常検出部４３は、ステップＳ１０６において、式（３）に従って差分値ΔＤ(ｎ)を計算する。つまり、異常検出部４３は、比較基準値Ｃｍｐを、更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ－１)として、差分値ΔＤ(ｎ)を計算する。

【0077】

次いで、異常検出部４３は、ステップＳ１０７において、異常検出ステータスが「検出中」であるか否かを判定する。異常検出ステータスが「検出中」ではない場合、即ち、異常検出ステータスが「非検出」である場合、異常検出部４３は、ステップＳ１０８において、差分値ΔＤ(ｎ)の絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が、超過検出閾値以上であるか否かを判定する。本例では、超過検出閾値は、０．０１である。

【0078】

絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が、超過検出閾値以上である場合、異常検出部４３は、ステップＳ１０９において、異常検出ステータスを「非検出」から「検出中」に変更し、異常判定カウントｃを０にした後に異常判定カウントｃを開始し、本ルーチンを一旦終了する。つまり、異常検出部４３は、差分値ΔＤ（ｎ）が規定範囲を超えた場合、異常検出処理を開始する。

【0079】

一方、絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が、超過検出閾値未満である場合、異常検出部４３は、ステップＳ１１０において、異常検出ステータスを「非検出」に設定するとともに、異常判定カウントｃを０にする。このように、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲内におさまっている場合、異常検出ステータスは「非検出」を維持している。この場合、電圧検出部３０は正常な状態が継続していると考えられる。

【0080】

また、ステップＳ１０７において、異常検出ステータスが「検出中」であると判定された場合、異常検出部４３は、ステップＳ１１１において、差分値ΔＤ(ｎ)の絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が、超過検出閾値未満であるか否かを判定する。

【0081】

絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が、超過検出閾値未満である場合、異常検出部４３は、ステップＳ１１２において異常判定カウントｃをカウントアップする。次いで、異常検出部４３は、ステップＳ１１３において、異常判定カウントｃが「５」に達しているか否かを判定する。

【0082】

異常判定カウントｃが「５」に達していない場合、異常検出部４３は、本ルーチンを一旦終了する。つまり、異常検出ステータスが「検出中」の状態が維持される。

【0083】

一方、異常判定カウントｃが「５」に達している場合、異常検出部４３は、ステップＳ１１４において、異常検出ステータスを「検出中」から「異常確定」に変更して、本ルーチンを一旦終了する。つまり、この場合、差分値ΔＤ(ｎ)が、「超過→規定範囲内→規定範囲内→規定範囲内→規定範囲内→規定範囲内」の挙動を示したことになる。この場合、電圧検出部３０の異常が確定される。

【0084】

異常検出ステータスが「異常確定」に設定されると、制御部４０は、電圧検出部３０が異常である旨を上位装置７０に通知する。なお、その後、上位装置７０からの指示に従い、制御部４０は、例えば、第１スイッチング素子２１のスイッチング動作及び第２スイッチング素子２２のスイッチング動作を停止させる。例えば、制御部４０は、デューティ比を一定値に固定した状態において、第１スイッチング素子２１のスイッチング動作及び第２スイッチング素子２２のスイッチング動作を継続させる。

【0085】

また、ステップＳ１１１において、絶対値｜ΔＤ(ｎ)｜が超過検出閾値以上であると判定された場合、差分値ΔＤ(ｎ)は、少なくとも２周期連続で超過検出閾値を超過していることになる。そのため、異常検出部４３は、ステップＳ１１５において、前回の差分値ΔＤ(ｎ－１)の極性と、今回の差分値ΔＤ(ｎ)の極性とが互いに逆の極性であるか否かを判定する。

【0086】

前回の差分値ΔＤ(ｎ－１)の極性と、今回の差分値ΔＤ(ｎ)の極性とが同じ極性である場合、異常検出部４３は、本ルーチンを一旦終了する。この場合、電圧検出部３０の動作が不安定であると考えられるため、その後、電圧検出部３０が異常となる可能性がある。つまり、この段階では、異常候補が検出されたと見做される。

【0087】

一方、前回の差分値ΔＤ(ｎ－１)の極性と、今回の差分値ΔＤ(ｎ)の極性とが互いに逆の極性である場合、異常検出部４３は、ステップＳ１１６において、異常検出ステータスを「検出中」から「非検出」に変更する。また、異常検出部４３は、ステップＳ１１６において、異常判定カウントｃを０にする。その後、異常検出部４３は、本ルーチンを一旦終了する。つまり、この場合、差分値ΔＤ(ｎ)の規定範囲の超過は、電圧検出部３０への瞬時的なノイズ重畳に起因していると考えられる。

【0088】

このように、実施の形態１に係る電力変換装置１０は、電圧変換回路２０、電圧検出部３０、及び制御部４０を備えている。電圧検出部３０は、入力電圧検出器３１と出力電圧検出器３２とを有している。入力電圧検出器３１は、電圧変換回路２０への入力電圧を、入力電圧検出値Ｖ１として検出する。出力電圧検出器３２は、電圧変換回路２０からの出力電圧を、出力電圧検出値Ｖ２として検出する。制御部４０は、電圧変換回路２０を制御する。

【0089】

制御部４０は、設定部４１、推定値算出部４２、及び異常検出部４３を有している。設定部４１は、目標電圧値に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づくＰＷＭ信号を電圧変換回路２０に出力する。目標電圧値は、出力電圧の目標値である。ＰＷＭ信号は、電圧変換回路２０に与える信号である。

【0090】

推定値算出部４２は、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２との関係を前提とした場合において、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)を、入力電圧検出値Ｖ１と出力電圧検出値Ｖ２とに基づいて、周期的に算出する。デューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、設定部４１から電圧変換回路２０に出力されているはずのＰＷＭ信号のデューティ比である。

【0091】

異常検出部４３は、更新推定値と比較基準値Ｃｍｐとの差分を差分値ΔＤ(ｎ)として周期的に算出し、算出された差分値ΔＤ(ｎ)の変化に基づいて、電圧検出部３０の異常を検出する。更新推定値は、推定値算出部４２によって新たに算出されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ)である。比較基準値Ｃｍｐは、更新推定値が算出された周期よりも前の周期において、推定値算出部４２によって算出されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ)に基づく値である。

【0092】

これによれば、差分値ΔＤ(ｎ)は、更新推定値と比較基準値Ｃｍｐとの差分であるため、差分値ΔＤ(ｎ)においては、更新推定値に含まれる検出器ばらつき成分と、比較基準値Ｃｍｐに含まれる検出器ばらつき成分とが相殺される。検出器ばらつき成分は、電圧検出部３０の特性ばらつきの成分である。これにより、設定マージンを狭めることができるため、異常検出の規定範囲を狭めることができる。その結果、電圧検出部３０の異常をより適切に検出することができる。

【0093】

また、比較基準値Ｃｍｐは、更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ－１)である。

【0094】

検出器ばらつき成分は、電圧検出部３０におけるハードウェアの温度特性及び電圧検出部３０におけるハードウェアの経時劣化に依存している。比較基準値Ｃｍｐの取得時期が、更新推定値の取得時期の直前の周期であるため、この取得時期の差による温度変化による検出器ばらつき成分の変化と、経時劣化による検出器ばらつき成分の変化とは、無視できるほど小さい。従って、異常検出の規定範囲をより狭めることができ、その結果、電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。

【0095】

また、異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)の規定範囲の超過を検出した後、周期的に算出される差分値ΔＤ(ｎ)が５回連続して規定範囲内にあることを検出したとき、電圧検出部３０が異常であると判定する。

【0096】

これによれば、電圧検出部３０の異常を誤検出することを抑制できる。また、電圧検出部３０の異常が確定される前に、差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超過した時点において、電圧検出部３０の異常の可能性を上位装置７０に通知することができる。

【0097】

また、異常検出部４３は、差分値ΔＤ(ｎ)の規定範囲の超過を連続して検出し、且つ連続して検出された２回の超過におけるそれぞれの差分値ΔＤ(ｎ)が規定範囲を超える極性が、互いに逆の極性である場合、電圧検出部３０が異常であるか否かの判定を一旦終了する。

【0098】

これによれば、電圧検出部３０への瞬時的なノイズの重畳が、電圧検出部３０の異常として誤検出されることを抑制することができる。

【0099】

また、異常検出部４３は、電圧変換回路２０への入力電圧及び電圧変換回路２０からの出力電圧に応じて規定範囲を設定する。

【0100】

図３に示したように、入力電圧が高いほど、デューティ比乖離幅は狭くなる。また、出力電圧が低いほど、デューティ比乖離幅は狭くなる。従って、入力電圧が高いほど、規定範囲を狭くすることができるため、入力電圧が高い場合における電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。また、出力電圧が低いほど、規定範囲を狭くすることができるため、出力電圧が低い場合における電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。

【0101】

また、目標電圧値が変更された場合、異常検出部４３は、異常の検出を一旦無効にする。

【0102】

これによれば、目標電圧値が変更されない安定した状態において、電圧検出部３０の異常の検出が行われるため、電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。

【0103】

また、負荷６０の変動により、電圧変換回路２０の出力電流が規定電流値以上変化した場合、異常検出部４３は、異常の検出を一旦無効にする。

【0104】

これによれば、負荷６０の変動が抑えられた状態において、電圧検出部３０の異常の検出が行われるため、電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。

【0105】

また、直流電圧源５０の電圧変動により、入力電圧が規定電圧値以上変化した場合、異常検出部４３は、異常の検出を一旦無効にする。

【0106】

これによれば、直流電圧源５０の電圧変動が抑えられた状態において、電圧検出部３０の異常の検出が行われるため、電圧検出部３０の異常を検出する精度をより高くすることができる。

【0107】

また、規定範囲は、電圧検出部３０の正常動作範囲において、デューティ比乖離幅の最大値に基づいて設定されている。デューティ比乖離幅は、目標電圧値と出力電圧検出値Ｖ２とに基づいて設定されるデューティ比と、デューティ比推定値との乖離の幅である。

【0108】

これによれば、規定範囲をより適切に設定することができるため、異常の誤検出が抑制される。その結果、電圧検出部３０の異常をより適切に検出することができる。

【0109】

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置では、異常検出部４３において計算される比較基準値が、更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された複数のデューティ比推定値の平均値である点において、実施の形態１の電力変換装置１０と相異している。

【0110】

上記以外の構成については、実施の形態１の電力変換装置１０と同様である。以下、実施の形態１の電力変換装置１０と同様の構成についての説明は省略される。

【0111】

実施の形態２において、異常検出部４３は、以下の式（４）に示すように、比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)を用いて、差分値ΔＤ(ｎ)を算出する。ここで、ｍは、比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)が更新された周期番号を表している。ｍは、ｎよりも小さい整数である。

【0112】

ΔＤ(ｎ)＝Ｄ(ｎ)－Ｃｍｐ(ｍ) ・・・（４）

【0113】

比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)は、更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された連続１０回のデューティ比推定値の平均値である。即ち、

【0114】

Ｃｍｐ(ｍ)＝｛Ｄ(ｍ－９)＋Ｄ(ｍ－８)＋…＋Ｄ(ｍ)｝／１０ ・・・（５）

【0115】

図１０は、実施の形態２に係る電力変換装置の制御部４０が実行する異常検出アルゴリズムを説明するためのタイムチャートである。異常検出部４３は、算出されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ)が一定範囲αに収まった場合、比較基準値算出カウントを１つカウントアップする。一方、算出されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ)が一定範囲αから逸脱した場合、比較基準値算出カウントをクリアする。

【0116】

異常検出部４３は、比較基準値算出カウントが「１０」に達した場合、即ち、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)が１０回連続して一定範囲αに収まった場合、比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)を更新する。例えば、周期番号「４」において、比較基準値算出カウントは７であるが、周期番号「５」において、デューティ比推定値Ｄ(５)が一定範囲αを逸脱したため、比較基準値算出カウントがクリアされる。

【0117】

周期番号「６」において、再び、比較基準値算出カウントが１からカウントアップされる。周期番号「６」から周期番号「１５」の間、デューティ比推定値Ｄ(６)～Ｄ(１５)は、一定範囲αに連続して収まっているため、周期番号「１５」において、比較基準値算出カウントが「１０」に達する。そこで、異常検出部４３は、周期番号「１５」において、比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)を更新する。

【0118】

異常検出部４３は、比較基準値Ｃｍｐ(ｍ)として、デューティ比推定値Ｄ(６)～Ｄ(１５)の平均値を計算する。周期番号「１６」以降、差分値ΔＤ(１６)～ΔＤ(２３)は、以下の式（６）～（１３）によりそれぞれ表される。

【0119】

ΔＤ(１６)＝Ｄ(１６)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（６）

【0120】

ΔＤ(１７)＝Ｄ(１７)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（７）

【0121】

ΔＤ(１８)＝Ｄ(１８)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（８）

【0122】

ΔＤ(１９)＝Ｄ(１９)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（９）

【0123】

ΔＤ(２０)＝Ｄ(２０)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（１０）

【0124】

ΔＤ(２１)＝Ｄ(２１)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（１１）

【0125】

ΔＤ(２２)＝Ｄ(２２)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（１２）

【0126】

ΔＤ(２３)＝Ｄ(２３)－Ｃｍｐ(１５) ・・・（１３）

【0127】

ただし、

【0128】

Ｃｍｐ(１５)＝｛Ｄ(６)＋Ｄ(７)＋…＋Ｄ(１５)｝／１０ ・・・（１４）

【0129】

差分値ΔＤ(ｎ)を用いて、電圧検出部３０の異常を検出する方法は、実施の形態１において説明した異常検出アルゴリズムと同様であるため、詳細な説明は省略される。

【0130】

図１１は、実施の形態２に係る電力変換装置１０の制御部４０が実行する異常検出ルーチンを示すフローチャートである。図１１のルーチンは、図８のステップＳ１０４に続いて、実行されるようになっている。つまり、実施の形態２に係る電力変換装置１０の制御部４０は、先ず、図８の異常検出ルーチンを実行する。

【0131】

そして、図１１のルーチンが開始されると、異常検出部４３は、ステップＳ２０１において、式（４）及び（５）に従って差分値ΔＤ(ｎ)を計算する。つまり、異常検出部４３は、比較基準値Ｃｍｐを、更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された連続１０回のデューティ比推定値の平均値として、差分値ΔＤ(ｎ)を計算する。

【0132】

その後のステップＳ１０７～Ｓ１１６の処理は、図９のステップＳ１０７～Ｓ１１６の処理と同じであるため、説明は省略される。

【0133】

このように、比較基準値Ｃｍｐは、更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された連続１０回のデューティ比推定値の平均値である。

【0134】

これによれば、比較基準値Ｃｍｐとして用いられる１０回のデューティ比推定値のいずれかにノイズが重畳していても、１０回のデューティ比推定値が平均化されることにより、ノイズの影響は弱まる。そのため、比較基準値Ｃｍｐとして、更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ－１)を用いる方法と比較して、ノイズ耐性が高くなる。

【0135】

なお、比較基準値Ｃｍｐは、例えば、連続１０回の入力電圧検出値Ｖ１の平均値を式（１）のＶ１に代入し、連続１０回の出力電圧検出値Ｖ２の平均値を式（１）のＶ２に代入することにより算出してもよい。

【0136】

また、比較基準値Ｃｍｐとして平均化されるデューティ比推定値Ｄの数は、１０個に限定されることはない。また、比較基準値Ｃｍｐとして平均化されるデューティ比推定値Ｄは、必ずしも連続していなくてもよい。例えば、逸脱周期におけるデューティ比推定値Ｄが平均化されるデューティ比推定値Ｄから除外されてもよい。逸脱周期は、デューティ比推定値Ｄが一定範囲αを逸脱した周期である。図１０に示した例の場合、周期番号「２」から周期番号「４」までのデューティ比推定値と、周期番号「６」から周期番号「１５」までのデューティ比推定値とを用いて、比較基準値Ｃｍｐが計算されてもよい。

【0137】

また、電圧変換回路２０への入力電圧が変動した場合には、比較基準値Ｃｍｐが更新されることが好ましく、電圧変換回路２０からの出力電圧が変動した場合には、比較基準値Ｃｍｐが更新されることが好ましい。

【0138】

また、電圧検出部３０の特性ばらつきを考えた場合、比較基準値Ｃｍｐは、定期的に更新されることが好ましい。例えば、電圧検出部３０の温度変化の時定数を考慮して、一定期間毎に比較基準値Ｃｍｐが更新されることが好ましい。

【0139】

また、実施の形態１と実施の形態２とが適宜組み合わされてもよい。例えば、実施の形態２において、比較基準値Ｃｍｐが更新される場合、更新の処理の開始から、新しく比較基準値Ｃｍｐが設定されるまで、少なくとも１０周期分の時間を要する。そのため、新しく比較基準値Ｃｍｐが設定されるまでは、比較基準値Ｃｍｐとして、更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得されたデューティ比推定値Ｄ(ｎ－１)が用いられてもよい。これにより、比較基準値算出カウントのカウントアップ中においても、電圧検出部３０の異常検出を行うことができる。

【0140】

また、実施の形態１及び２では、差分値ΔＤ(ｎ)が、規定回数として５回連続して規定範囲内にあることを検出したとき、電圧検出部３０が異常であると判定していたが、規定回数は、５回に限定されることはなく、適宜変更されてもよい。

【0141】

また、実施の形態１及び２では、出力電圧検出器３２が故障した場合を例に説明したが、入力電圧検出器３１が故障した場合であっても、異常検出部４３は、電圧検出部３０の異常を検出可能である。

【0142】

また、実施の形態１及び２では、電圧検出部３０の異常が検出された場合、入力電圧検出器３１及び出力電圧検出器３２のいずれに異常が発生しているかの特定は行っていない。そこで、例えば、以下のように、入力電圧検出器３１及び出力電圧検出器３２のいずれの異常かを特定してもよい。

【0143】

電圧検出部３０の異常が検出された場合、異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、直流電圧源５０の出力電圧を監視するための電圧センサの検出値とを比較する。電圧センサは、直流電圧源５０に設けられている電圧センサを用いてもよいし、電力変換装置に設けられていてもよい。

【0144】

異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、電圧センサの検出値との差分が入力電圧判定値以上である場合、入力電圧検出器３１が異常と特定することができる。入力電圧判定値は、入力電圧検出値Ｖ１が異常な値を示しているか否かを判定するための値である。一方、入力電圧検出値Ｖ１と、電圧センサの検出値との差分が入力電圧判定値未満である場合、出力電圧検出器３２が異常と特定することができる。

【0145】

また、電圧変換回路２０の出力電圧は、モータ負荷の場合、モータ６２のトルク、モータ６２の回転数、出力コンデンサ２４の容量値、及び電圧変換回路２０のスイッチング周波数に基づいて推定できる。そこで、異常検出部４３は、電圧検出部３０の異常が検出された場合、負荷電流値に基づいて出力電圧検出値Ｖ２を推定する。異常検出部４３は、出力電圧検出値Ｖ２と、推定された出力電圧との差分が出力電圧判定値以上である場合、出力電圧検出器３２が異常と特定することができる。出力電圧判定値は、出力電圧検出値Ｖ２が異常な値を示しているか否かを判定するための値である。一方、出力電圧検出値Ｖ２と、推定された出力電圧との差分が出力電圧判定値未満である場合、入力電圧検出器３１が異常と特定することができる。

【0146】

また、電圧検出部３０の異常が検出された場合、異常検出部４３は、電圧変換回路２０における昇圧比を１に設定するように設定部４１に指示したうえで、以下のように、入力電圧検出器３１及び出力電圧検出器３２のいずれの異常かを特定してもよい。

【0147】

異常検出部４３は、昇圧比が１に設定されている場合、即ち、デューティ比が０に設定されている場合において、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、電圧センサの検出値とを比較してもよい。ここで、入力電圧検出器３１が故障しているとすれば、入力電圧検出値Ｖ１は、他の２つの検出値とは異なり、出力電圧検出器３２が故障しているとすれば、出力電圧検出値Ｖ２は、他の２つの検出値とは異なる。

【0148】

従って、異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、電圧センサの検出値とのうち、入力電圧検出値Ｖ１が、他の２つの検出値と異なっている場合、入力電圧検出器３１が異常と特定することができる。また、異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、電圧センサの検出値とのうち、出力電圧検出値Ｖ２が、他の２つの検出値と異なっている場合、出力電圧検出器３２が異常と特定することができる。

【0149】

また、異常検出部４３は、デューティ比が０に設定されている場合において、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、推定された出力電圧とを比較してもよい。ここで、入力電圧検出器３１が故障しているとすれば、入力電圧検出値Ｖ１は、出力電圧検出値Ｖ２及び推定された出力電圧とは異なり、出力電圧検出器３２が故障しているとすれば、出力電圧検出値Ｖ２は、入力電圧検出値Ｖ１及び推定された出力電圧とは異なる。

【0150】

従って、異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、推定された出力電圧とのうち、入力電圧検出値Ｖ１が、出力電圧検出値Ｖ２及び推定された出力電圧と異なっている場合、入力電圧検出器３１が異常と特定することができる。また、異常検出部４３は、入力電圧検出値Ｖ１と、出力電圧検出値Ｖ２と、推定された出力電圧とのうち、出力電圧検出値Ｖ２が、入力電圧検出値Ｖ１及び推定された出力電圧と異なっている場合、出力電圧検出器３２が異常と特定することができる。

【0151】

また、実施の形態１、２において、設定部４１は、ＰＩ制御によりＰＷＭ信号のデューティ比を設定していたが、ＰＩＤ制御によりＰＷＭ信号のデューティ比を設定してもよい。

【0152】

また、実施の形態１及び２に係る電力変換装置１０において、ＰＷＭ制御には、フィードバック制御が適用されていたが、電力変換装置１０は、ＰＷＭ制御にフィードバック制御が適用された装置に限定されない。例えば、電力変換装置１０におけるＰＷＭ制御には、デューティ比固定制御やフィードフォワード制御が適用されてもよい。

【0153】

また、実施の形態１及び２の電圧変換回路２０において、第１スイッチング素子２１には、原理上、ソースからドレインに向かう方向の電流のみが流れる。そのため、第１スイッチング素子２１は、ダイオードに置き換えられてもよい。この場合、ダイオードは、ダイオードのアノード端子が第１スイッチング素子２１のソース端子に対応し、ダイオードのカソード端子が第１スイッチング素子２１のドレイン端子に対応するように配置されればよい。

【0154】

また、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２には、ＳｉＣ半導体によるＭＯＳＦＥＴが用いられていたが、ＭＯＳＦＥＴは、Ｓｉ半導体であってもよい。また、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられてもよいし、ＧａＮ－ＨＥＭＴ（Gallium Nitride-High Electron Mobility Transistor）が用いられてもよい。

【0155】

また、第１スイッチング素子２１及び第２スイッチング素子２２において、逆並列ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴに内蔵されていたが、逆並列ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴに外付けされていてもよい。

【0156】

また、実施の形態１及び２において、電圧変換回路２０の構成は、１相１段の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成であったが、電圧変換回路２０の構成は、１相１段の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されない。電圧変換回路２０の構成は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよいし、昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。また、電圧変換回路２０の構成は、マルチフェーズのＤＣ／ＤＣコンバータであってもよいし、マルチレベルのＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

【0157】

図１２は、電圧変換回路２０として、２段のマルチレベル昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。図１３は、電圧変換回路２０として、２相のマルチフェーズ昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。図１４は、電圧変換回路２０として、１相１段の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。図１５は、電圧変換回路２０として、１相１段の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが適用された例を示す図である。

【0158】

図１２及び図１３の電圧変換回路２０におけるデューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、式（１）により表される。図１４の電圧変換回路２０におけるデューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、以下の式（１５）により表される。

【0159】

Ｄ(ｎ)＝Ｖ２(ｎ)／Ｖ１(ｎ) ・・・（１５）

【0160】

図１５の電圧変換回路２０におけるデューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、入力電圧＜出力電圧であるとき、即ち、昇圧動作時には、式（１）により表され、入力電圧＞出力電圧であるとき、即ち、降圧動作時には、式（１５）により表される。

【0161】

また、図１及び図１２～１５に示された回路構成とは異なる構成の電圧変換回路においても、デューティ比推定値Ｄ(ｎ)は、入力電圧と出力電圧とを用いて計算可能である。そのため、本開示では、電圧変換回路の回路構成に応じてデューティ比推定値Ｄ(ｎ)の計算式が適宜変更される。

【0162】

また、実施の形態１及び２では、直流電圧源５０として、二次電池が用いられていたが、燃料電池が用いられてもよいし、他の直流電圧源が用いられてもよい。

【0163】

また、実施の形態１及び２の電力変換装置１０の機能は、処理回路によって実現される。図１６は、実施の形態１及び２の電力変換装置１０の機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。第１の例の処理回路１００は、専用のハードウェアである。

【0164】

また、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。

【0165】

また、図１７は、実施の形態１及び２の電力変換装置１０の機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。第２の例の処理回路２００は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２を備えている。

【0166】

処理回路２００では、電力変換装置１０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２０２に格納される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、機能を実現する。

【0167】

メモリ２０２に格納されたプログラムは、上述した各部の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２０２に該当する。

【0168】

なお、上述した電力変換装置１０の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

【0169】

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述した電力変換装置１０の機能を実現することができる。

【0170】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0171】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0172】

（付記１）
電圧変換回路、
前記電圧変換回路への入力電圧を、入力電圧検出値として検出する入力電圧検出器と、前記電圧変換回路からの出力電圧を、出力電圧検出値として検出する出力電圧検出器とを有している電圧検出部、及び
前記電圧変換回路を制御する制御部
を備え、
前記制御部は、
前記出力電圧の目標値である目標電圧値に基づいて、前記電圧変換回路に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、設定した前記デューティ比に基づく前記ＰＷＭ信号を前記電圧変換回路に出力する設定部、
前記入力電圧検出値と前記出力電圧検出値との関係を前提とした場合において、前記設定部から前記電圧変換回路に出力されているはずのＰＷＭ信号のデューティ比であるデューティ比推定値を、前記入力電圧検出値と前記出力電圧検出値とに基づいて、周期的に算出する推定値算出部、及び
前記推定値算出部によって新たに算出された前記デューティ比推定値である更新推定値と、前記更新推定値が算出された周期よりも前の周期において、前記推定値算出部によって算出された前記デューティ比推定値に基づく比較基準値との差分を差分値として周期的に算出し、算出された前記差分値の変化に基づいて、前記電圧検出部の異常を検出する異常検出部
を有している電力変換装置。
（付記２）
前記比較基準値は、前記更新推定値が取得された周期の直前の周期において取得された前記デューティ比推定値である
付記１に記載の電力変換装置。
（付記３）
前記比較基準値は、前記更新推定値が取得された周期よりも前の周期において取得された複数の前記デューティ比推定値の平均値である
付記１に記載の電力変換装置。
（付記４）
前記異常検出部は、前記差分値が規定範囲を超過したことを検出した後、周期的に算出される前記差分値が規定回数連続して前記規定範囲内にあることを検出したとき、前記電圧検出部が異常であると判定する
付記１から付記３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記５）
前記異常検出部は、前記差分値が規定範囲を超過したことを連続して検出し、且つ連続して検出された２回の前記超過におけるそれぞれの前記差分値が前記規定範囲を超える極性が、互いに逆の極性である場合、前記電圧検出部が異常であるか否かの判定を一旦終了する
付記１から付記４までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記６）
前記異常検出部は、前記電圧変換回路への前記入力電圧及び前記電圧変換回路からの前記出力電圧に応じて前記規定範囲を設定する
付記４又は付記５に記載の電力変換装置。
（付記７）
前記目標電圧値が変更された場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
付記１から付記６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記８）
負荷の変動により、前記電圧変換回路の出力電流が規定電流値以上変化した場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
付記１から付記７までのいずれか１つに記載の電力変換装置。
（付記９）
外部電源の電圧変動により、前記入力電圧が規定電圧値以上変化した場合、前記異常検出部は、前記異常の検出を一旦無効にする
付記１から付記８までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
（付記１０）
前記規定範囲は、前記電圧検出部の正常動作範囲において、目標電圧値と前記出力電圧検出値とに基づいて設定されるデューティ比と、前記デューティ比推定値との乖離の幅であるデューティ比乖離幅の最大値に基づいて設定されている
付記４又は付記５に記載の電力変換装置。

【符号の説明】

【0173】

１０ 電力変換装置、２０ 電圧変換回路、３０ 電圧検出部、３１ 入力電圧検出器、３２ 出力電圧検出器、４０ 制御部、４１ 設定部、４２ 推定値算出部、４３ 異常検出部、５０ 直流電圧源、６０ 負荷。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】