特開 2023-56244 スイッチング電源装置、電力変換装置及び制御方法

(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】P2023056244

(43)【公開日】2023-04-19

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置、電力変換装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230412BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021165484

(22)【出願日】2021-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸岡 晴喜

(72)【発明者】

【氏名】千頭和 周平

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA18

5H730AA20

5H730AS04

5H730AS17

5H730BB14

5H730BB27

5H730BB83

5H730BB98

5H730CC04

5H730DD04

5H730FD11

5H730FD41

5H730FF09

5H730FG12

5H730XX04

5H730XX11

5H730XX26

5H730XX50

(57)【要約】

【課題】スイッチング電源装置の故障診断を効率的に行うことができる、スイッチング電源装置、電力変換装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】本開示の一態様に係るスイッチング電源装置は、電力変換部と、制御部と、電流計と、故障検出部と、を備える。電力変換部は、一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式である。制御部は、前記直列回路の各々に設けられた前記スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、前記電力変換部を動作させる。電流計は、前記電力変換部に供給される電流値を測定する。故障検出部は、前記直列回路の駆動時に前記電流計で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式の電力変換部と、
前記直列回路の各々に設けられた前記スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、前記電力変換部を動作させる制御部と、
前記電力変換部に供給される電流値を測定する電流計と、
前記直列回路の駆動時に前記電流計で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する故障検出部と、
を備える、スイッチング電源装置。

【請求項2】

前記電力変換部は、前記複数の直列回路として、第１の直列回路と第２の直列回路とが並列に接続されたフルブリッジ方式の回路構成を有し、
前記制御部は、同一の前記直列回路に設けられた前記一対のスイッチング素子のオン／オフ状態を相違させるとともに、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路とで前記一対のスイッチング素子のオン／オフ状態が互い違いとなるよう、前記電力変換部を第１の動作状態と第２の動作状態とに切り替え、
前記故障検出部は、前記第１の動作状態と前記第２の動作状態との各々で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記電力変換部に印加される電圧値を測定する電圧計を更に備え、
前記故障検出部は、前記電流計で測定される前記電流値と、前記電圧計で測定される前記電圧値とに基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する、
請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記故障検出部は、前記電力変換部の正常動作時に測定された前記電流計及び前記電圧計の測定と比較することで、前記電力変換部が正常か否かを判定する、
請求項３に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記故障検出部は、前記電力変換部が故障していると検出した場合に、前記制御部に対して前記電力変換部が故障していることを出力する、
請求項１から４の何れか１項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

電源に並列接続された複数の前記電力変換部のうち、前記電源から供給される電力の供給先を何れか一つの前記電力変換部に切り替える切替回路を更に備え、
前記電流計は、前記電源と複数の前記電力変換部の各々とを接続する共通の電源ライン上に１つ設けられる、
請求項１から５の何れか１項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

外部電源である交流電源から入力された電力の電圧を昇圧する力率改善回路と、
一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式の電力変換部と、
前記直列回路の各々に設けられた前記スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、前記電力変換部を動作させる制御部と、
前記電力変換部に供給される電流値を測定する電流計と、
前記直列回路の駆動時に前記電流計で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する故障検出部と、
を備える、電力変換装置。

【請求項8】

一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式の電力変換部と、
前記電力変換部に供給される電流値を測定する電流計と、
を備えるスイッチング電源装置で実行される制御方法であって、
前記直列回路の各々に設けられた前記スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、前記電力変換部を動作させる制御ステップと、
前記直列回路の駆動時に前記電流計で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する故障検出ステップと、
を含む、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチング電源装置、電力変換装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、交流電源から供給される交流電力を直流電力等に変換するスイッチング電源装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。スイッチング電源装置は、例えば、車両に搭載され、充電用の電力をバッテリに供給する充電装置として使用される。かかるスイッチング電源装置は、フルブリッジ方式等の複数のスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン／オフすることで出力を安定させる直流安定化電源として機能する。

【0003】

また、従来、スイッチング電源装置の故障検出方法として、スイッチング素子の各々を個別にオンまたはオフ状態にすることで、オープン故障、ショート故障等の故障状態を検出する手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１３５２０６号公報

【特許文献2】特開２００８－１８２８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の故障検出方法では、スイッチング素子毎に故障診断を行う必要があるため、非効率的であるという問題があった。

【0006】

本開示が解決しようとする課題は、スイッチング電源装置の故障診断を効率的に行うことができる、スイッチング電源装置、電力変換装置及び制御方法を提供することである。

【0007】

本開示の一態様に係るスイッチング電源装置は、電力変換部と、制御部と、電流計と、故障検出部と、を備える。電力変換部は、一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式である。制御部は、前記直列回路の各々に設けられた前記スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、前記電力変換部を動作させる。電流計は、前記電力変換部に供給される電流値を測定する。故障検出部は、前記直列回路の駆動時に前記電流計で測定される前記電流値に基づいて、前記電力変換部が正常か否かを判定する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、スイッチング素子の故障診断を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係るスイッチング電源装置が単相交流電源と接続された場合の一例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態の電源回路が備える整流回路及び力率改善回の回路構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、実施形態の電源回路が備えるＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る電源回路の動作状態に対応する電流値及び電圧値の一例を示すテーブルである。

【図5】図５は、実施形態に係るスイッチング電源装置の動作例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、変形例１に係る電源回路が備えるＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、変形例２に係るスイッチング電源装置が単相交流電源と接続された場合の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0011】

まず、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成の一例について説明する。図１は、スイッチング電源装置１００の構成例を示す図である。また、図２は、スイッチング電源装置１００が備える整流回路３０及び力率改善回路４０の回路構成の一例を示す図である。スイッチング電源装置１００は、例えば、電気自動車やハイブリット自動車等の車両の充電装置に用いられる。

【0012】

（スイッチング電源装置１００の構成）
スイッチング電源装置１００は、交流電源から供給される交流電力を直流に変換して出力する装置である。図１では一例として、スイッチング電源装置１００が単相交流電源１０に接続された場合を図示している。また、図１では直流に変換した電力を、バッテリ６０へ出力する例を図示している。なお、スイッチング電源装置１００は、電力変換装置ともいう。

【0013】

バッテリ６０は、例えば、車両のモータの駆動用バッテリである。バッテリ６０は、強電バッテリであり、例えば、リチウムイオンバッテリ等が挙げられる。なお、バッテリ６０は、例えば、携帯電話や電化製品など車両以外に用いられるバッテリであってもよい。

【0014】

スイッチング電源装置１００は、電源回路１ａ及び制御部７０を有する。本実施形態において、スイッチング電源装置１００は、単相交流電源１０に対応するために電源回路を１つ備える構成となっている。

【0015】

電源回路１ａは、フィルタ回路２０、整流回路３０、力率改善回路４０、及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０を有する。

【0016】

フィルタ回路２０には、単相交流電源１０からの交流電力が入力される。フィルタ回路２０は、電源ラインへのノイズ侵入と外部交流電源へのノイズ流出を防止する。整流回路３０は、フィルタ回路２０から入力された交流電力を全波整流して直流電力変換し、力率改善回路４０に出力する。整流回路３０は、例えば、図２に示すように、ダイオード３１Ａ、ダイオード３１Ｂ、ダイオード３１Ｃ及びダイオード３１Ｄを有するダイオードブリッジ回路で実現される。

【0017】

力率改善回路４０は、整流回路３０から入力された電力の力率を改善するとともに、入力された電力の電圧を昇圧する機能を有する回路である。力率改善回路４０は、例えば、図２に示すように、コイル４１Ａ、コイル４１Ｂ、スイッチング素子４２Ａ、スイッチング素子４２Ｂ、ダイオード４３Ａ、ダイオード４３Ｂ、コンデンサ４４Ａ及びコンデンサ４４Ｂを有する。

【0018】

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、力率改善回路４０からの直流電力を所定の電圧に変換する回路である。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、力率改善回路４０からの直流電力を、バッテリ６０を充電可能な電圧に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の具体的な回路構成については後述する。

【0019】

制御部７０は、スイッチング電源装置１００の動作を統括的に制御する。例えば、制御部７０は、スイッチング電源装置１００が交流電源に接続されると、電源回路１ａに対し充電開始指示を行う。また、制御部７０は、一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路の各々に設けられたスイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えることで、後述する電力変換部５１を動作させるように制御を行う。また、制御部７０は、後述するリレー５６Ａをオープン、またはクローズ状態に切り替えることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０と後述するトランス巻線５２との接続／切断を制御する。

【0020】

さらに、制御部７０は、電源回路１ａに対し、交流電力を印加し、バッテリ６０へ充電を開始させる。制御部７０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される。

【0021】

（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の構成）
次に、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の構成の一例について説明する。図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の構成例を示す図である。図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電力変換部５１、トランス巻線５２、負荷５３、電流計５４、電圧計５５及びリレー５６Ａを有する。

【0022】

電力変換部５１は、一対のスイッチング素子が直列に接続された複数の直列回路を並列に接続したフルブリッジ方式の回路構成である。具体的には、電力変換部５１は、複数の直列回路として、第１の直列回路と第２の直列回路とが並列に接続されたフルブリッジ方式の回路構成を有する。例えば、電力変換部５１は、第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄを有する。

【0023】

第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、電力線を導通、不通に切り替え可能な半導体素子である。

【0024】

第１のスイッチング素子５１Ａ及び第２のスイッチング素子５１Ｂは直列に接続されている。第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄは、直列に接続されている。また、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄは、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第２のスイッチング素子５１Ｂと並列に配置されている。第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄは、制御部７０の制御信号が入力される。第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄは、当該制御信号により、選択的にオンオフ動作が行われる。

【0025】

制御部７０は、同一の直列回路に設けられた一対のスイッチング素子のオン／オフ状態を相違させるとともに、第１の直列回路と第２の直列回路とで一対のスイッチング素子のオン／オフ状態が互い違いとなるよう、電力変換部５１を第１の動作状態と第２の動作状態とに切り替えるように制御を行う。具体的には、制御部７０は、第１の動作状態と第２の動作状態とを交互に繰り返し行う。

【0026】

第１の動作状態は、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第４のスイッチング素子５１Ｄがオン状態であり、第２のスイッチング素子５１Ｂ及び第３のスイッチング素子５１Ｃがオフ状態である動作状態である。

【0027】

第２の動作状態は、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第４のスイッチング素子５１Ｄがオフ状態であり、第２のスイッチング素子５１Ｂ及び第３のスイッチング素子５１Ｃがオン状態である動作状態である。

【0028】

上述した第１の動作状態と第２の動作状態とが交互に繰り返し行われることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、力率改善回路４０から供給された直流電力を、交流電力に変換してトランス巻線５２に出力する。

【0029】

トランス巻線５２は、図示しないトランスの一次側巻線であり、第１のスイッチング素子５１Ａと第３のスイッチング素子５１Ｃとの接続線Ｌ１と、第２のスイッチング素子５１Ｂと第４のスイッチング素子５１Ｄとの接続線Ｌ２との間に接続される。トランス巻線５２に供給された電力は、図示しないトランスの２次側巻線を介してバッテリ６０等に出力される。

【0030】

負荷５３は、接続線Ｌ１と、接続線Ｌ２との間に設けられる。負荷５３は、既知の抵抗値を有し、電力変換部５１が正常か否かを判定する際に用いられる。

【0031】

電流計５４は、電力変換部５１に供給される電流の電流値を測定するセンサ装置である。電流計５４は、制御部７０の制御の下、電力変換部５１が第１の動作状態及び第２の動作状態における、電力変換部５１の電流を測定する。電流計５４で計測された電流値は、故障検出部７１へ出力される。

【0032】

電圧計５５は、電力変換部５１に印加される電圧の電圧値を測定するセンサ装置である。具体的には、電圧計５５は、第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄと並列に接続されている。電圧計５５は、制御部７０の制御の下、電力変換部５１が第１の動作状態及び第２の動作状態における、電力変換部５１の電圧を測定する。電圧計５５で計測された電圧値は、故障検出部７１へ出力される。

【0033】

リレー５６Ａは、接続線Ｌ１とトランス巻線５２とを繋ぐ線上に設けられる。リレー５６Ａは、トランス巻線５２と負荷５３に供給される電流の流れを切り替える。

【0034】

故障検出部７１は、制御部７０の一機能として動作する。故障検出部７１は、制御部７０から充電開始指示を受け取ると、故障診断を行い、電力変換部５１が正常か否かを判定する。具体的には、故障検出部７１は、制御部７０から充電開始指示を受け取ると、制御部７０は、リレー５６Ａをクローズ状態からオープン状態に切り替える。つまり、制御部７０は、電力変換部５１に対してトランス巻線５２と切断し、負荷５３に電流が供給されるように切り替える。その後、故障検出部７１は、電源回路１ａに低電圧を印加する。また、故障検出部７１は、電源回路１ａ駆動時に電流計５４で測定される電流値に基づいて、電力変換部５１が正常か否かを判定する。

【0035】

具体的には、故障検出部７１は、第１の動作状態と第２の動作状態との各々で測定される電流値に基づいて、電力変換部５１が正常か否かを判定する。また、故障検出部７１は、電流計５４で測定される電流値と、電圧計５５で測定される電圧値とに基づいて、電力変換部５１が正常か否かを判定する。故障検出部７１は、電力変換部５１の正常動作時に測定された電流計５４及び電圧計５５の測定と比較することで、電力変換部５１が正常か否かを判定する。さらに、故障検出部７１は、電力変換部５１が故障していると検出した場合に、制御部７０に対して電力変換部５１が故障していることを出力する。

【0036】

ここで、故障検出部７１が電力変換部５１の故障を検出する動作について説明する。図４は、故障検出部７１が検出した電流値及び電圧値に対応する、電力変換部５１の状態の指標の一例を示すテーブルである。図４では、電力変換部５１が正常な状態である場合と、第１のスイッチング素子５１Ａ、または第４のスイッチング素子５１Ｄがオープン故障及びショート故障の場合における電流値及び電圧値の値を示す。また、電源回路１ａに印加される低電圧は、例えば、１０Ｖ［ボルト］の直流電圧とする。

【0037】

まず、電力変換部５１が正常（故障していない）の場合、第１の動作状態及び第２の動作状態における電流値は、１０／（Ｒ＋２Ｒｏｎ）［Ａ］（アンペア）である。また、第１の動作状態及び第２の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。

【0038】

ここで、Ｒ［Ω］は負荷５３の抵抗値を示し、Ｒｏｎは第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄの抵抗値を示す。電力変換部５１の抵抗値は、第１の動作状態において、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第４のスイッチング素子５１Ｄがオン状態であるため２Ｒｏｎ［Ω］となる。また、電力変換部５１の抵抗値は、第２の動作状態において、第２のスイッチング素子５１Ｂ及び第３のスイッチング素子５１Ｃがオン状態であるため２Ｒｏｎ［Ω］となる。

【0039】

次に、第１のスイッチング素子５１Ａ、または第４のスイッチング素子５１Ｄがオープン故障している場合、第１の動作状態における電流値は、０［Ａ］（アンペア）であり、第１の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。故障検出部７１は、第１の動作状態において、１０Ｖ［ボルト］の直流電圧の印加がされているにもかかわらず、電流計５４の電流値が０［Ａ］（アンペア）と検出した場合、電力変換部５１がオープン故障していると判定することができる。

【0040】

また、第１のスイッチング素子５１Ａ、または第４のスイッチング素子５１Ｄがオープン故障している場合、第２の動作状態における電流値は、１０／（Ｒ＋２Ｒｏｎ）［Ａ］（アンペア）であり、第２の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。

【0041】

次に、第１のスイッチング素子５１Ａ、または第４のスイッチング素子５１Ｄがショート故障している場合、第１の動作状態における電流値は、１０／Ｒ［Ａ］（アンペア）であり、第１の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。故障検出部７１は、第１の動作状態において、１０Ｖ［ボルト］の直流電圧の印加がされているにもかかわらず、電流計５４の電流値が１０／Ｒ［Ａ］（アンペア）と検出した場合、電力変換部５１がショート故障していると判定することができる。

【0042】

また、第１のスイッチング素子５１Ａ、または第４のスイッチング素子５１Ｄがショート故障している場合、第２の動作状態における電流値は、１０／Ｒｏｎ［Ａ］（アンペア）であり、第２の動作状態における電圧値は、０［Ｖ］（ボルト）である。故障検出部７１は、第２の動作状態において、１０Ｖ［ボルト］の直流電圧の印加がされているにもかかわらず、電流計５４の電流値が１０／Ｒｏｎ［Ａ］（アンペア）と検出した場合、電力変換部５１がショート故障していると判定することができる。また、故障検出部７１は、第２の動作状態において、１０Ｖ［ボルト］の直流電圧の印加がされているにもかかわらず、電圧計５５の電圧値が０［Ｖ］（ボルト）と検出した場合、電力変換部５１がショート故障していると判定することができる。

【0043】

故障検出部７１は、第１の動作状態、第２の動作状態における電流計５４の電流値及び電圧計５５の電圧値を検出することで、電力変換部５１が正常か否かを判定することができる。また、故障検出部７１は、制御部７０が電力変換部５１の動作状態を１回の切り替え動作で、電力変換部５１が正常な否かを判定することができる。

【0044】

なお、本実施形態では、第１のスイッチング素子５１Ａまたは第４のスイッチング素子５１Ｄがオープン故障及びショート故障の場合における電流値及び電圧値の値を示したが、第２のスイッチング素子５１Ｂまたは第３のスイッチング素子５１Ｃがオープン故障及びショート故障の場合においても適用できる。

【0045】

具体的には、第２のスイッチング素子５１Ｂまたは第３のスイッチング素子５１Ｃがオープン故障の場合、第１の動作状態における電流値は、１０／（Ｒ＋２Ｒｏｎ）［Ａ］（アンペア）であり、第１の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。第２のスイッチング素子５１Ｂまたは第３のスイッチング素子５１Ｃがオープン故障の場合、第２の動作状態における電流値は、０［Ａ］（アンペア）であり、第２の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。

【0046】

第２のスイッチング素子５１Ｂまたは第３のスイッチング素子５１Ｃがショート故障の場合、第１の動作状態における電流値は、１０／Ｒｏｎ［Ａ］（アンペア）であり、第１の動作状態における電圧値は、０［Ｖ］（ボルト）である。第２のスイッチング素子５１Ｂまたは第３のスイッチング素子５１Ｃがショート故障の場合、第２の動作状態における電流値は、１０／Ｒ［Ａ］（アンペア）であり、第２の動作状態における電圧値は、１０［Ｖ］（ボルト）である。

【0047】

なお、本実施形態では、電流計５４及び電圧計５５で計測される電流値と電圧値との両方を用いて電力変換部５１が正常か否かを判定する構成としたが、これに限らず、電流計５４で計測される電流値を用いて電力変換部５１が正常か否かを判定しても良い。本実施形態において、故障検出部７１は、ハードウェアで構成されることで実現する。あるいは、故障検出部７１は、プロセッサがメモリに保持されたプログラムを実行することで、その機能が実現されても良い。

【0048】

次に、図５を用いて、スイッチング電源装置１００の動作の一例について説明する。図５は、スイッチング電源装置１００の動作例を示すフローチャートである。以下に説明する動作は、交流電源の接続時や、バッテリ６０の充電に先駆けて開始（スタート）される。

【0049】

まず、制御部７０は、電源回路１ａに対し充電開始指示を行う（ステップＳ１００１）。次に、制御部７０は、電力変換部５１に対してトランス巻線５２と切断し、負荷５３に電流が供給されるように、リレー５６Ａをクローズ状態からオープン状態に切り替える。その後、故障検出部７１は、電源回路１ａが有する電力変換部５１に対し正常に動作しているか故障診断を実施する（ステップＳ１００２）。

【0050】

続いて、故障検出部７１は、電力変換部５１の正常動作時における電流値及び電圧値が、電流計５４及び電圧計５５が計測した電流値及び電圧値と比較して、電力変換部５１が正常か否かを判定する（ステップＳ１００３）。故障検出部７１は、電力変換部５１が故障であると判定した場合（ステップＳ１００３：Ｎｏ）、ステップＳ１００４へ進む。

【0051】

続いて、故障検出部７１は、制御部７０に対し、電力変換部５１が故障であるという故障検出結果を出力する（ステップＳ１００４）。出力処理が行われると、本処理は終了する。

【0052】

一方、故障検出部７１は、電力変換部５１が正常である判定した場合（ステップＳ１００３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００５へ進む。なお、この場合、制御部７０は、リレー５６Ａをオープン状態からクローズ状態に切り替え、電力変換部５１とトランス巻線５２とを接続することで、トランス巻線５２に電流が供給されるように制御する。次いで、制御部７０は、電源回路１ａに対し、交流電力を印加する（ステップＳ１００５）。電源回路１ａは、バッテリ６０へ充電を開始する（ステップＳ１００６）。充電開始処理が行われると、本処理は終了する。

【0053】

以上のように、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００は、電源回路１ａに供給される電流値を測定する電流計５４から出力される電流値に応じて、フルブリッジ回路から成る電力変換部５１が正常か否かを検出する。

【0054】

これにより、フルブリッジ回路の各々のスイッチング素子毎に故障診断を行う必要がないため、電力変換部５１の故障診断を効率的に行うことができる。

【0055】

なお、上述した実施形態は、上述した各装置が有する構成又は機能の一部を変更することで、適宜に変形して実施することも可能である。そこで、以下では、上述した実施形態に係るいくつかの変形例を他の実施形態として説明する。なお、以下では、上述した実施形態と異なる点を主に説明することとし、既に説明した内容と共通する点については詳細な説明を省略する。また、以下で説明する変形例は、個別に実施されてもよいし、適宜組み合わせて実施されてもよい。

【0056】

（変形例１）
上述の実施形態では、電力変換部５１が、二相形のフルブリッジ方式の回路構成を有する形態を説明したが、電力変換部５１の回路構成はこれに限定されるものではない。そこで、変形例１では、電力変換部５１が、三相形のフルブリッジ方式の回路構成を有する形態について説明する。

【0057】

図６は、変形例１に係るＤＣ／ＤＣコンバータ５０の構成例を示す回路図である。図６に示すように、電力変換部５１は、三相形のフルブリッジ回路を構成する。電力変換部５１は、第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ、第４のスイッチング素子５１Ｄ、第５のスイッチング素子５１Ｅ、及び第６のスイッチング素子５１Ｆを有する。

【0058】

第５のスイッチング素子５１Ｅ及び第６のスイッチング素子５１Ｆは直列に接続されている。また、第５のスイッチング素子５１Ｅ及び第６のスイッチング素子５１Ｆは、第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第４のスイッチング素子５１Ｄと並列に配置されている。

【0059】

変形例１の場合、電力変換部５１は、第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ、第４のスイッチング素子５１Ｄ、第５のスイッチング素子５１Ｅ及び第６のスイッチング素子５１Ｆは、制御部７０の制御信号が入力される。第１のスイッチング素子５１Ａ、第２のスイッチング素子５１Ｂ、第３のスイッチング素子５１Ｃ、第４のスイッチング素子５１Ｄ、第５のスイッチング素子５１Ｅ及び第６のスイッチング素子５１Ｆは、当該制御信号により、選択的にオンオフ動作が行われる。具体的には、第１の動作状態と第２の動作状態と第３の動作状態と第４の動作状態が交互に繰り返し行われる。

【0060】

第３の動作状態は、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第６のスイッチング素子５１Ｆがオン状態であり、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第５のスイッチング素子５１Ｅがオフ状態である動作状態である。なお、第３の動作状態は、第２のスイッチング素子５１Ｂ及び第６のスイッチング素子５１Ｆがオン状態であり、第４のスイッチング素子５１Ｄ及び第５のスイッチング素子５１Ｅがオフ状態である動作状態であっても良い。

【0061】

第４の動作状態は、第１のスイッチング素子５１Ａ及び第６のスイッチング素子５１Ｆがオフ状態であり、第３のスイッチング素子５１Ｃ及び第５のスイッチング素子５１Ｅがオン状態である動作状態である。なお、第４の動作状態は、第２のスイッチング素子５１Ｂ及び第６のスイッチング素子５１Ｆがオフ状態であり、第４のスイッチング素子５１Ｄ及び第５のスイッチング素子５１Ｅがオン状態である動作状態であっても良い。

【0062】

トランス巻線５２は、図示しないトランスの一次側巻線であり、第１のスイッチング素子５１Ａと第３のスイッチング素子５１Ｃとの接続線Ｌ１と、第２のスイッチング素子５１Ｂと第４のスイッチング素子５１Ｄとの接続線Ｌ２と、第５のスイッチング素子５１Ｅと第６のスイッチング素子５１Ｆとの間に接続される。

【0063】

負荷５３は、接続線Ｌ１と、接続線Ｌ２と、接続線Ｌ３の間に設けられる。負荷５３は、既知の抵抗値を有し、電力変換部５１が正常か否かを判定する際に用いられる。

【0064】

リレー５６Ｂは、接続線Ｌ２と、トランス巻線５２とを繋ぐ線上に設けられる。リレー５６Ｂは、トランス巻線５２と負荷５３に供給される電流の流れを切り替える。

【0065】

故障検出部７１は、第１の動作状態、第２の動作状態、第３の動作状態及び第４の動作状態における電流計５４の電流値及び電圧計５５の電圧値を検出することで、電力変換部５１が正常か否かを判定する。また、故障検出部７１は、制御部７０が電力変換部５１の動作状態を３回の切り替え動作で、電力変換部５１が正常な否かを判定する。

【0066】

これにより、変形例における電力変換部５１が三相形のフルブリッジ回路であっても、フルブリッジ回路の各々のスイッチング素子毎に故障診断を行う必要がないため、スイッチング素子の故障診断を効率的に行うことができる。

【0067】

（変形例２）
上述の実施形態では、スイッチング電源装置１００が、１つの電源回路１ａの回路構成を有する形態を説明したが、スイッチング電源装置１００の回路構成はこれに限定されるものではない。そこで、変形例２では、スイッチング電源装置２００が、２つの電源回路の回路構成を有する形態について説明する。

【0068】

図７は、変形例２に係るスイッチング電源装置２００の構成例を示す回路図である。スイッチング電源装置２００は、電源回路１ａ、電源回路１ｂ、電流計５４、電圧計５５、制御部７０及び切替回路８０を有する。本実施形態において、スイッチング電源装置２００は、単相交流電源１０に対応するために電源回路を２つ備える構成となっている。

【0069】

電源回路１ａ、１ｂは、それぞれフィルタ回路２０、整流回路３０、力率改善回路４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０及び電圧計５５を有する。また、電源回路１ａ、１ｂの各々は、それぞれ電源ラインＬ４、Ｌ５を介して交流電源に対して並列に接続される。

【0070】

電流計５４は、単相交流電源１０の後段に設けられる。電流計５４は、交流電源と複数の電力変換部５１の各々とを接続する共通の電源ライン上に１つ設けられる。電圧計５５は、それぞれ力率改善回路４０の後段に設けられる。

【0071】

切替回路８０は、電源回路１ｂ（第２の電源回路）を電源回路１ａ（第１の電源回路）と並列に第１の相（電源ラインＬ４）に接続する第１モードと、電源回路１ｂ（第２の電源回路）を第２の相（電源ラインＬ５）に接続する第２モードと、を含む複数の接続モードの間で切り替えが可能である。

【0072】

言い換えると、切替回路８０は、複数の電源回路１ａ、１ｂのうち、複数相交流電源の特定の相（例えば、電源ラインＬ４）に対応する特定の電源回路（電源回路１ａ）以外の他の電源回路（電源回路１ｂ）の接続先を、当該他の電源回路（電源回路１ｂ）に対応する相（電源ラインＬ５）または特定の相（電源ラインＬ４）に切り替えることができる。また、切替回路８０は、交流電源に並列接続された複数の電力変換部５１のうち、交流電源から供給される電力の供給先を何れか一つの電力変換部５１に切り替える。

【0073】

切替回路８０は、切替リレー８１、コイル（図示しない）及び駆動回路（図示しない）を有する。駆動回路は、制御部７０からの制御信号に応じて、切替リレー８１のオン／オフを切り替える。この制御信号は、切替リレー８１をオンにする旨、または切替リレー８１をオフにする旨の何れかを示す信号である。切替リレー８１をオンにした場合、単相交流電源１０は、電源ラインＬ４に対応する電源回路１ａに接続される。また、切替リレー８１をオフにした場合、単相交流電源１０は、電源ラインＬ５に対応する電源回路１ｂに接続される。

【0074】

変形例２に係るスイッチング電源装置２００は、複数の電源回路１ａ、電源回路１ｂを備えていても、電流計５４は１つのみ設けることで、故障検出部７１は、電力変換部５１が正常か否かを判定することができる。具体的には、切替リレー８１がオンにすると、電源回路１ａに接続されるので、故障検出部７１は、電源回路１ａが備える電力変換部５１が正常か否かを判定する。また、切替リレー８１がオフにすると、電源回路１ｂに接続されるので、故障検出部７１は、電源回路１ｂが備える電力変換部５１が正常か否かを判定する。

【0075】

これにより、スイッチング電源装置２００は、複数の電源回路１ａ、電源回路１ｂを備えている場合でも、電流計５４は１つ設けることで、故障検出部７１は、電力変換部５１が正常化否かを判定することができる。

【0076】

その他、上記実施形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0077】

１ａ、１ｂ 電源回路
１０ 単相交流電源
２０ フィルタ回路
３０ 整流回路
４０ 力率改善回路
５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１ 電力変換部
５２ トランス巻線
５３ 負荷
５４ 電流計
５５ 電圧計
６０ バッテリ
７０ 制御部
７１ 故障検出部
８０ 切替回路
１００、２００ スイッチング電源装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】