特開 2025-5176 電流検出回路及びその故障検知方法

(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】P2025005176

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】電流検出回路及びその故障検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20250108BHJP

   G01R 31/54 20200101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R31/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105245

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】井上 聡史

(72)【発明者】

【氏名】原田 知宏

(72)【発明者】

【氏名】増田 啓祐

【テーマコード（参考）】

2G014

【Ｆターム（参考）】

2G014AA02

2G014AA03

2G014AB02

(57)【要約】

【課題】電流検出回路の故障を検知可能な新規な構成を実現する。
【解決手段】電流検出回路（２０）が設けられた装置が停止状態であるとき、カレントトランス（２１）の２次側コイル（２１－２）に接続された２つの配線（Ｘ、Ｙ）にパルス電圧が印加されると、マイコン（２３）は、マイコン（２３）に入力される電圧に基づき、２つの配線（Ｘ、Ｙ）の少なくとも一方の断線、又は、２つの配線（Ｘ、Ｙ）間の短絡を検知する、電流検出回路（２０）である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部の配線に電流が流れる装置における当該配線の一部を成す１次側コイル、及び２次側コイルを有するカレントトランスと、
前記１次側コイルに電流が流れることにより前記２次側コイルに流れる電流を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路から前記電圧が入力され、当該入力された電圧をモニターするマイコンと、
前記２次側コイルと前記変換回路とを接続する２つの配線の間にパルス電圧を印加するパルス電圧印加回路と
を備え、
前記装置が停止状態であるとき、
前記パルス電圧印加回路は、前記２つの配線の間に前記パルス電圧を印加し、
前記マイコンは、前記パルス電圧印加回路による前記パルス電圧の印加に伴い、前記マイコンに入力される電圧に基づき、前記２つの配線の少なくとも一方の断線、又は、前記２つの配線間の短絡を検知する、電流検出回路。

【請求項2】

前記変換回路は、４つのダイオードから構成されるブリッジダイオードを有し、
前記２次側コイルと、前記ブリッジダイオードを構成する所定のダイオードとは、並列接続されており、
前記所定のダイオードの出力は、前記マイコンに接続されている、請求項１に記載の電流検出回路。

【請求項3】

前記パルス電圧印加回路は、
電源と前記２つの配線の一方である配線Ｙとの間に接続されている第１スイッチング素子と、
前記２つの配線の他方である配線Ｘと前記所定のダイオードの出力との間に接続されている第２スイッチング素子と、
前記電源と前記配線Ｘとの間に接続されている第３スイッチング素子と、
前記配線Ｙと前記所定のダイオードの出力との間に接続されている第４スイッチング素子と
を有し、
前記マイコンは、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の組と、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の組とを、交互にオン状態とする、請求項２に記載の電流検出回路。

【請求項4】

前記パルス電圧の周波数として、高周波数と低周波数とが用いられ、
前記パルス電圧印加回路は、高周波数の前記パルス電圧と低周波数の前記パルス電圧とを順に印加し、
前記パルス電圧の周波数の高低に関わらず、前記マイコンに入力される電圧が変化しなければ、前記マイコンは、高周波数の前記パルス電圧の印加による電圧及び低周波数の前記パルス電圧の印加による電圧の各々と、予め定められた閾値との大小比較に基づき、前記２つの配線の少なくとも一方の断線、又は、前記２つの配線間の短絡を検知する、請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の電流検出回路。

【請求項5】

前記マイコンは、前記パルス電圧の印加による電圧と、予め定められた閾値範囲との比較に基づき、前記２つの配線の少なくとも一方の断線、又は、前記２つの配線間の短絡を検知する、請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の電流検出回路。

【請求項6】

内部の配線に電流が流れる装置における当該配線の一部を成す１次側コイル、及び２次側コイルを有するカレントトランスと、
前記１次側コイルに電流が流れることにより前記２次側コイルに流れる電流を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路から前記電圧が入力され、当該入力された電圧をモニターするマイコンと
を備える電流検出回路の故障検知方法であって、
前記装置が停止状態であるとき、
前記２次側コイルと前記変換回路とを接続する２つの配線の間にパルス電圧を印加し、
前記パルス電圧の印加に伴い、前記マイコンに入力される電圧に基づき、前記２つの配線の少なくとも一方の断線、又は、前記２つの配線間の短絡を検知する、電流検出回路の故障検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カレントトランスを備えた電流検出回路に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の漏電警報装置では、変流器に試験電流を流すことにより、当該試験電流による変流器出力にて漏電検出部が動作し警報出力を発令し漏電警報器が正常に働くことを確認できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－２５１５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の一態様は、カレントトランスを備えた電流検出回路及びその故障検知方法において、当該電流検出回路の故障を検知可能な新規な構成を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る電流検出回路は、内部の配線に電流が流れる装置における当該配線の一部を成す１次側コイル、及び２次側コイルを有するカレントトランスと、前記１次側コイルに電流が流れることにより前記２次側コイルに流れる電流を電圧に変換する変換回路と、前記変換回路から前記電圧が入力され、当該入力された電圧をモニターするマイコンと、前記２次側コイルと前記変換回路とを接続する２つの配線の間にパルス電圧を印加するパルス電圧印加回路とを備え、前記装置が停止状態であるとき、前記パルス電圧印加回路は、前記２つの配線の間に前記パルス電圧を印加し、前記マイコンは、前記パルス電圧印加回路による前記パルス電圧の印加に伴い、前記マイコンに入力される電圧に基づき、前記２つの配線の少なくとも一方の断線、又は、前記２つの配線間の短絡を検知する。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、カレントトランスを備えた電流検出回路及びその方法において、当該電流検出回路の故障を検知可能な新規な構成を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ１０の概略構成を示す回路図である。

【図2】本実施形態に係る電流検出回路が実行する故障検知の原理を説明するための説明図である。

【図3】本実施形態に係る電流検出回路が実行する故障検知の一例を説明するための説明図である。

【図4】本実施形態に係る電流検出回路が実行する故障検知の他の一例を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。

【0009】

一般的に、カレントトランスを備えた電流検出回路は、当該電流検出回路が設けられた製品内に流れる電流を検出し、例えば当該製品内に過電流が流れることを防止する。しかし、電流検出回路が故障している場合、より具体的には、（ａ）カレントトランスの２次側端子に接続された２本の配線において、２本の配線の少なくとも１本が断線している場合や、（ｂ）２本の配線間が短絡している場合、電流検出回路による製品内の電流検出は不可能となり、製品内に過電流が流れることを防止できない。

【0010】

そこで、１つの製品に、複数、例えば２つの電流検出回路を設けて、いずれか一方が故障している場合でも、他方が当該製品内の電流検出を継続する、といった構成が考えられる。しかし、当該構成を採用した場合、２つの電流検出回路の制御に伴うソフトウェア処理の負荷増大、並びに製品のサイズ及び製造コストの増大を招くことになる。

【0011】

また、電流検出回路の故障は、製品が稼働している状態において電流検出回路の検出結果に異常が見られて初めて判明するのが通常である。したがって、常時稼働状態である製品であれば、電流検出回路の検出結果に異常が見られたタイミングで当該回路の故障を検知可能である。これに対し、常時稼働状態である製品ではなく、稼働状態と停止状態とを繰り返す製品においては、停止状態にて電流検出回路の故障を検知できない。このため、製品の停止状態にて故障を積極的に検知しようとした場合、製品を一旦起動させ稼働状態とし、電流検出回路を作動させなければならない。電流検出回路の故障検知のためのみに製品を稼働させることは無用な稼働コストの増大を招くことになりかねない。特に、製品が車載製品である場合、電流検出回路の故障は製品の停止状態にて検知可能であることが望ましい。製品の起動前に電流検出回路の故障を検知できれば、製品起動前、つまり、当該製品が搭載された車両が稼働する前に、当該故障に対して対策できるからである。

【0012】

本発明者らは、カレントトランスの２次側端子に接続された２本の配線間にパルス電圧を印加することで、製品が停止状態であっても当該製品を稼働させることなく、当該製品に設けられた電流検出回路の故障を検知する新規な構成を見い出した。当該構成によれば、電流検出回路の故障検知のみならず、検知された故障が、配線の断線であるのか、あるいは、配線間の短絡であるのか、いずれも判定可能である。

【0013】

すなわち、本発明者らが見い出した新規構成を備える電流検出回路は、自身の故障を検知し、当該故障が、配線の断線であるのか、あるいは、配線間の短絡であるのか、を判定するための自己判定機能を有する回路である。

【0014】

図１は、本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ１０の概略構成を示す回路図である。図１に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０は、本開示の特徴部分である電流検出回路２０を有している。

【0015】

ここで、図１では、電流検出回路２０が設けられる装置として、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０を例として説明されているが、電流検出回路２０が設けられる装置は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０に限られるものではない。当該装置としては、ＡＣ－ＤＣコンバータ、ＡＣ－ＡＣコンバータ、及びＤＣ－ＡＣインバータのいずれであっても良い。また、電流検出回路２０が設けられる装置は、これら装置の入力側に配置される装置、出力側に配置される装置であっても良い。

【0016】

また、電流検出回路２０が設けられる装置は、車載製品が好適であり、特に、車載充電器や、その他、車両に搭載される電力変換装置等に好適である。

【0017】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１０は、入力側回路１１と、トランス１２と、出力側回路１３と、を有している。入力側回路１１は、第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２を有している。出力側回路１３は、第１出力端子Ｏｕｔ１及びＯｕｔ２を有している。トランス１２は、入力側回路１１と出力側回路１３との間を電気的に絶縁分離している。

【0018】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１０は、第１入力端子Ｉｎ１と第２入力端子Ｉｎ２との間に入力された直流電圧Ｖｉｎを昇圧し、当該昇圧された直流電圧Ｖｏｕｔを第１出力端子Ｏｕｔ１と第２出力端子Ｏｕｔ２との間に出力する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０は、第１入力端子Ｉｎ１と第２入力端子Ｉｎ２との間に入力された直流電圧Ｖｉｎを降圧し、当該降圧された直流電圧Ｖｏｕｔを第１出力端子Ｏｕｔ１と第２出力端子Ｏｕｔ２との間に出力する。

【0019】

なお、図１には、入力側回路１１、トランス１２及び出力側回路１３の各々について、具体的な素子等の部材が示されているが、本実施形態とは関係しない部材については説明を省略する。

【0020】

電流検出回路２０は、カレントトランス２１と、変換回路２２と、マイコン２３と、パルス電圧印加回路２４と、を有している。

【0021】

カレントトランス２１は、１次側コイル２１－１及び２次側コイル２１－２を有している。カレントトランス２１では、１次側コイル２１－１に流れる電流の大きさが１次側コイル２１－１及び２次側コイル２１－２の各々の巻き数に応じて変換され、その大きさが変換された電流が２次側コイル２１－２に流れる。

【0022】

１次側コイル２１－１は、入力側回路１１内の配線Ｌの一部を成している。より具体的には、１次側コイル２１－１は、当該配線Ｌの途中に挿入されており、当該配線Ｌを流れる電流は１次側コイル２１－１の両端間を経由する。

【0023】

２次側コイル２１－２の両端には、それぞれ、配線Ｘ及び配線Ｙが接続されている。２次側コイル２１－２の両端は、それぞれ配線Ｘ及び配線Ｙを介して、変換回路２２に接続されている。

【0024】

変換回路２２には、配線Ｘ及び配線Ｙを介して２次側コイル２１－２から流れてくる電流が入力される。変換回路２２は、当該入力される電流を電圧に変換し、当該電圧を出力する。当該電圧はマイコン２３に入力される。

【0025】

変換回路２２は、ブリッジダイオードを構成する第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３及び第４ダイオードＤ４と、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２と、を有している。第１ダイオードＤ１～第４ダイオードＤ４は、同一のダイオード特性を備えている。ただし、各々のダイオード特性は、完全に同一である必要はなく、第１ダイオードＤ１～第４ダイオードＤ４が構成するブリッジダイオードが、ブリッジダイオードとしての機能を果たす上で支障のないレベルでの差異であれば、同一の範疇に入るものである。

【0026】

２次側コイル２１－２の両端に流れる電流の向きは、１次側コイル２１－１の両端に流れる電流の向きの変化に合わせて変化する。このため、２次側コイル２１－２の両端に流れる電流の向きは、２次側コイル２１－２側から配線Ｘ側に向かう向き（以下、「第１の向き」と称する。）ｄｘと、当該第１の向きｄｘとは逆向きである、２次側コイル２１－２側から配線Ｙ側に向かう向き（以下、「第２の向き」と称する。）ｄｙと、の２パターンとなる。

【0027】

第１～４ダイオードＤ１～４は、第１の向きｄｘに流れる電流及び第２の向きｄｙに流れる電流を１つの向きに流れる電流に変換するための、所謂ブリッジダイオードである。図１では、第１の向きｄｘに流れる電流は、第２ダイオードＤ２を経由して抵抗素子Ｒ１に向かうことになる。一方、第２の向きｄｙに流れる電流は、第１ダイオードＤ１を経由して抵抗素子Ｒ１に向かうことになる。つまり、第１の向きｄｘに流れる電流及び第２の向きｄｙに流れる電流はいずれも、第３の向きｄｚに流れる電流に変換される。

【0028】

第３の向きｄｚに流れる電流は、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２を経由し、再び、２次側コイル２１－２側へ向かうことになる。より具体的には、第３の向きｄｚに流れる電流が第１の向きｄｘに流れる電流であった場合、第３ダイオードＤ３を経由して配線Ｙを流れ、２次側コイル２１－２へ流れ込む。一方、第３の向きｄｚに流れる電流が第２の向きｄｙに流れる電流であった場合、第４ダイオードＤ４を経由して配線Ｘを流れ、２次側コイル２１－２へ流れ込む。

【0029】

マイコン２３は、第１ポートＭ１及び第２ポートＭ２を有している。第１ポートＭ１は、変換回路２２の抵抗素子Ｒ２の一端に接続され、第２ポートＭ２は抵抗素子Ｒ２の他端に接続されている。抵抗素子Ｒ２の両端間を上述の第３の向きｄｚに流れる電流が流れることにより、当該電流による電圧降下が生じる。当該電圧降下による抵抗素子Ｒ２の両端間の電位差が第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。すなわち、当該電位差が、上述した、変換回路２２からマイコン２３へ入力される電圧となる。

【0030】

マイコン２３には、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加された電圧が入力される。マイコン２３は、当該電圧に基づき、カレントトランス２１の１次側コイル２１－１の両端に流れる電流を検出する。より具体的には、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、１次側コイル２１－１の両端に流れる電流の大きさがカレントトランス２１によって変換された電流が、抵抗素子Ｒ２を流れる際に生じる電圧降下による電位差である。マイコン２３は、当該電圧をモニターすることにより、１次側コイル２１－１の両端に流れる電流、すなわち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０の入力側回路１１内の配線Ｌを流れる電流を検出する。

【0031】

パルス電圧印加回路２４は、配線Ｘと配線Ｙとの間にパルス電圧を印加する。パルス電圧印加回路２４の構成及び機能については、後述する。

【0032】

電流検出回路２０が実行する電流検出について説明する。

【0033】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が起動し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が稼働状態になると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内の配線Ｌに電流が流れる。当該電流は、１次側コイル２１－１にも流れる。１次側コイル２１－１に電流が流れると、２次側コイル２１－２にも電流が流れる。２次側コイル２１－２に流れる電流は、配線Ｘ及び配線Ｙを介して、変換回路２２に入力される。変換回路２２は、入力された電流を電圧に変換し、当該電圧をマイコン２３の第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加する。

【0034】

マイコン２３には、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加された電圧が入力される。マイコン２３は、入力された電圧に基づき、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内の配線Ｌに流れる電流を検出する。

【0035】

なお、マイコン２３は、検出された電流に応じたＤＣ－ＤＣコンバータ１０の制御を実行する構成を更に備えていてもよい。当該制御内容としては、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０の入力側回路１１を構成する第１トランジスタＴ１、第２トランジスタＴ２、第３トランジスタＴ３及び第４トランジスタＴ４の各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるタイミング調整である。

【0036】

ただし、本開示は、マイコン２３がＤＣ－ＤＣコンバータ１０の制御を実行する構成に限るものではない。マイコン２３とは別体のマイコンをＤＣ－ＤＣコンバータ１０内に配置しても良い。マイコン２３が、検出された電流に応じた指示を、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内に配置されたマイコンに出力し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内のマイコンが、入力された指示に応じたＤＣ－ＤＣコンバータ１０の制御を実行しても良い。

【0037】

（ａ）パルス電圧印加回路の構成
まず、パルス電圧印加回路２４の回路構成について説明する。

【0038】

図１に示すように、パルス電圧印加回路２４は、第１スイッチング素子ＳＷ１と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第４スイッチング素子ＳＷ４と、抵抗素子Ｒ０と、を有している。

【0039】

第１～４スイッチング素子ＳＷ１～４の各々は、マイコン２３からの制御信号Ｓ１～Ｓ４に基づき、オン状態とオフ状態とが切り替わる。第１～４スイッチング素子ＳＷ１～４の各々は、例えばＦＥＴである。ただし、本開示は、第１～４スイッチング素子ＳＷ１～４の各々がＦＥＴである構成に限られるものではない。入力される制御信号に基づきオン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチング機能を備えた素子であればよい。

【0040】

抵抗素子Ｒ０の一端は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内に供給されている電源Ｖｃｃに接続されている。ただし、本開示は、抵抗素子Ｒ０の一端に接続される電源は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０内の電源Ｖｃｃに限られるものではない、抵抗素子Ｒ０の一端に電圧を供給可能な電源であればよい。

【0041】

抵抗素子Ｒ０の他端は、第１スイッチング素子ＳＷ１の一端及び第３スイッチング素子ＳＷ３の一端に接続されている。また、第１スイッチング素子ＳＷ１の他端は、配線Ｙに接続されている。第３スイッチング素子ＳＷ３の他端は、配線Ｘに接続されている。

【0042】

なお、抵抗素子Ｒ０は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第３スイッチング素子ＳＷ３への大電流の流入を制限するためのものであり、パルス電圧印加回路２４に必須の構成要件ではない。

【0043】

第２スイッチング素子ＳＷ２の一端は、配線Ｘに接続されている。第４スイッチング素子ＳＷ４の一端は、配線Ｙに接続されている。第２スイッチング素子ＳＷ２の他端及び第４スイッチング素子ＳＷ４の他端は、変換回路２２に接続されている。より具体的には、第２スイッチング素子ＳＷ２の他端及び第４スイッチング素子ＳＷ４の他端は、変換回路２２内の第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２の各出力と抵抗素子Ｒ１の一端とを結ぶ配線に接続されている。

【0044】

（ｂ）故障検知のタイミング
電流検出回路２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が停止状態であるとき、電流検出回路２０の故障検知を実行する。例えば、マイコン２３に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０の状態をモニターする機能を付加することにより、電流検出回路２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が停止状態であることを認識可能である。

【0045】

また、電流検出回路２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が稼働状態から停止状態に移行し、予め定められた期間、停止状態が継続した場合に、上述の故障検知を実行してもよいし、あるいは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が稼働状態から停止状態に移行したタイミングで上述の故障検知を実行してもよい。

【0046】

また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０の停止状態であるとき、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０のユーザが電流検出回路２０に対し、上述の故障検知を実行するように指示を与えてもよい。この場合、マイコン２３は、ユーザからの指示を受け付けるためのユーザインターフェイスを有することが好ましい。

【0047】

要は、電流検出回路２０が、電流検出回路２０の故障検知を実行する際、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０が停止状態であればよい。本開示は、電流検出回路２０がどのようなタイミングで故障検知を実行するかについては、上述のタイミングに限られるものではない。

【0048】

（ｃ）故障検知の処理手順
以下、電流検出回路２０が実行する故障検知の処理手順について、具体的に説明する。

【0049】

マイコン２３は、制御信号Ｓ１～Ｓ４を出力することにより、第１～４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の各々を、オン状態とオフ状態に切り替える。より詳細には、マイコン２３は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を共にオン状態とするとき、第３スイッチング素子ＳＷ３及び第４スイッチング素子ＳＷ４を共にオフ状態とする。一方、マイコン２３は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を共にオフ状態とするとき、第３スイッチング素子ＳＷ３及び第４スイッチング素子ＳＷ４を共にオフ状態とする。

【0050】

すなわち、マイコン２３は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組とを、交互にオン状態とする。

【0051】

第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組がオン状態であるとき、電源Ｖｃｃから供給される電圧（以下、「Ｖｃｃ電圧」と称する。）は、抵抗素子Ｒ０及び第１スイッチング素子ＳＷ１を介して、配線Ｙに印加される。一方、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組がオン状態であるとき、Ｖｃｃ電圧は、抵抗素子Ｒ０及び第３スイッチング素子ＳＷ３を介して、配線Ｘに印加される。

【0052】

したがって、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組と、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組とが、交互にオン状態となることにより、配線Ｙと配線Ｘとに交互にＶｃｃ電圧が印加される。また、カレントトランス２１の２次側コイル２１－２の両端に交互にＶｃｃ電圧が印加されることになるので、２次側コイル２１－２から見れば、配線Ｘと配線Ｙとの間に、プラスＶｃｃ電圧とマイナスＶｃｃ電圧とが繰り返されるパルス電圧が印加されるといえる。また、当該パルス電圧の周波数は、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組がオン状態となる周期の逆数であり、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組がオン状態となる周期の逆数でもある。

【0053】

なお、パルス電圧印加回路２４が、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加するパルス電圧は、急峻に立ち上がり、急峻に立ち下がる波形を備えているものに限られない。当該パルス電圧の波形は、立ち上がり及び立ち下がりが鈍った波形であっても構わない。要は、当該パルス電圧は、大小関係にある２つの電圧を周期的に繰り返す電圧であれば良い。

【0054】

また、図１に示したパルス電圧印加回路２４の回路構成は一例であり、本開示は当該回路構成に限られるものではない。上述のパルス電圧を配線Ｘと配線Ｙとの間に印加できれば、どのような回路構成であっても構わない。

【0055】

ここで、電流検出回路２０が実行する故障検知の原理について、図２を用いて説明する。図２は、電流検出回路２０が実行する故障検知の原理を説明するための説明図である。

【0056】

第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組がオン状態であるとき、Ｖｃｃ電圧は、抵抗素子Ｒ０及び第１スイッチング素子ＳＷ１を介して、配線Ｙに印加される。配線Ｙに当該電圧が印加されると、図２に示すように、（１－１）抵抗素子Ｒ０、ダイオードＤｉ（ここでは、第１ダイオードＤ１）、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２を、この順の向きｄ１で電流が流れる電流経路と、（１－２）抵抗素子Ｒ０、２次側コイル２１－２、第２スイッチング素子ＳＷ２（図示省略）、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２を、この順の向きｄ２で電流が流れる電流経路と、が形成される。

【0057】

一方、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組がオン状態であるとき、Ｖｃｃ電圧は、抵抗素子Ｒ０及び第３スイッチング素子ＳＷ３を介して、配線Ｘに印加される。配線Ｘに当該電圧が印加されると、図２に示すように、（２－１）抵抗素子Ｒ０、ダイオードＤｉ（ここでは、第２ダイオードＤ２）、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２を、この順の向きｄ１で電流が流れる電流経路と、（２－２）抵抗素子Ｒ０、２次側コイル２１－２、第４スイッチング素子ＳＷ４（図示省略）、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２を、この順の向きｄ２で電流が流れる電流経路と、が形成される。

【0058】

このように、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の組がオン状態であるときであっても、第３スイッチング素子ＳＷ３と第４スイッチング素子ＳＷ４の組がオン状態であるときであっても、２つの電流経路が形成される。

【0059】

いずれの組がオン状態となった場合でも、各々の２つの電流経路においては、ダイオードＤｉと２次側コイル２１－２とは、２つの電流経路に共通する接続点ａと接続点ｂとの間に並列接続されることになる。なお、図１において、接続点ａは、第１スイッチング素子ＳＷ１と配線Ｙとの接続点、及び、第３スイッチング素子ＳＷ３と配線Ｘとの接続点に相当する。また、接続点ｂは、第２スイッチング素子ＳＷ２と、変換回路２２内の第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２の各出力と抵抗素子Ｒ１の一端とを結ぶ配線との接続点、並びに、第４スイッチング素子ＳＷ４と、変換回路２２内の第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２の各出力と抵抗素子Ｒ１の一端とを結ぶ配線との接続点に相当する。

【0060】

２次側コイル２１－２は、所謂コイルであるので、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数が高くなるにつれて、２次側コイル２１－２のインピーダンスも高くなる。このため、当該パルス電圧の周波数の高低に応じて、ダイオードＤｉのインピーダンスと２次側コイル２１－２のインピーダンスとの大小関係は逆転する。接続点ａと接続点ｂとの間を流れる電流は、ダイオードＤｉと２次側コイル２１－２のうち、インピーダンスの小さい方を流れる。したがって、上述のパルス電圧の周波数の高低に応じて、接続点ａと接続点ｂとの間には、電流がダイオードＤｉを流れた場合における電圧降下による電位差、又は、電流が２次側コイル２１－２を流れた場合における電圧降下による電位差、のうちのいずれかが生じる。

【0061】

しかし、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ｂで示すように、配線Ｙが断線している場合には、２次側コイル２１－２には電流は流れない。このため、上述した接続点ａと接続点ｂとの間を流れる電流は、ダイオードＤｉのみを流れることになる。したがって、上述のパルス電圧の周波数の高低に関わらず、接続点ａと接続点ｂとの間には、電流がダイオードＤｉを流れた場合における電圧降下による電位差のみが生じる。このことは、配線Ｘが断線している場合、並びに配線Ｘ及び配線Ｙの両方が断線している場合でも同様である。

【0062】

また、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ａで示すように、配線Ｘと配線Ｙとの間が短絡している場合には、当該短絡箇所を電流が流れることになる。当該短絡箇所のインピーダンスが、ダイオードＤｉのインピーダンスよりも小さいのは明らかであるので、上述した接続点ａと接続点ｂとの間を流れる電流は、ダイオードＤｉには流れず、上記短絡箇所のみを流れることになる。したがって、上述のパルス電圧の周波数の高低に関わらず、接続点ａと接続点ｂとの間には、電流が上記短絡箇所を流れた場合における電圧降下による電位差のみが生じる。

【0063】

以上のとおり、電流検出回路２０が正常である場合、上述のパルス電圧の周波数の高低に応じて、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間に生じる電位差は変化する。当該変化に伴い、マイコン２３の第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧も変化する。

【0064】

これに対し、電流検出回路２０が故障している場合、上述のパルス電圧の周波数の高低に関わらず、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間に生じる電位差は変化しない。上述のパルス電圧の周波数の高低に関わらず、マイコン２３の第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧も変化しない。

【0065】

ただし、配線Ｘ及び配線Ｙのうちの少なくとも一方が断線している場合、接続点ａと接続点ｂとの間には、電流がダイオードＤｉを流れた場合における電圧降下による電位差のみが生じる。一方、配線Ｘと配線Ｙとの間が短絡している場合、接続点ａと接続点ｂとの間には、電流が当該短絡箇所を流れた場合における電圧降下による電位差のみが生じる。このため、断線の場合と短絡の場合とでは、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧が異なる。

【0066】

電流検出回路２０は、上記原理を利用したものであり、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数を高低させ、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧をモニターすることにより、電流検出回路２０の故障を検知するものである。また、電流検出回路２０は、電流検出回路２０の故障が、配線Ｘ及び配線Ｙのうちの少なくとも一方の断線なのか、配線Ｘと配線Ｙとの間の短絡なのか、をも判定するものである。

【0067】

以下、図３に示す例を用いて、電流検出回路２０が実行する故障検知の処理手順について、引き続き説明する。図３は、電流検出回路２０が実行する故障検知の一例を説明するための説明図である。図３に示す例では、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数として、高周波数である１０ｋＨｚと、低周波数である１０Ｈｚと、を用いている。以下では、最初に、高周波数のパルス電圧を印加し、次に、低周波数のパルス電圧を印加する手順を例として説明するが、本開示は、当該手順に限られるものではなく、逆の手順であっても構わない。また、以下に述べる具体的な数値に関しては、全て一例に過ぎず、本開示を限定するものではない。

【0068】

まず、マイコン２３は、制御信号Ｓ１～４を出力することにより、第１～４スイッチング素子ＳＷ１～４の各々のオン状態とオフ状態とを切り替え、配線Ｘと配線Ｙとの間に１０ｋＨｚ、つまり、高周波数のパルス電圧を印加する。

【0069】

電流検出回路２０が正常である場合、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、インピーダンスのより小さいダイオードＤｉを電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である３００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。

【0070】

また、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ａで示すように、配線Ｘと配線Ｙとの間が短絡している場合には、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、当該短絡箇所を電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である８００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。

【0071】

また、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ｂで示すように、配線Ｙが断線している場合には、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、ダイオードＤｉを電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である２００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。

【0072】

次に、マイコン２３は、制御信号Ｓ１～４を出力することにより、第１～４スイッチング素子ＳＷ１～４の各々のオン状態とオフ状態とを切り替え、配線Ｘと配線Ｙとの間に１０Ｈｚ、つまり、低周波数のパルス電圧を印加する。

【0073】

電流検出回路２０が正常である場合、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、インピーダンスのより小さい２次側コイル２１－２を電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である７００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。当該電圧は、高周波数のパルス電圧を印加する場合と異なる電圧となる。

【0074】

また、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ａで示すように、配線Ｘと配線Ｙとの間が短絡している場合には、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、当該短絡箇所を電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である８００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。当該電圧は、高周波数のパルス電圧を印加する場合と同じ電圧となる。

【0075】

また、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、図１において符号Ｂで示すように、配線Ｙが断線した場合には、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、ダイオードＤｉを電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じ、当該電位差に応じた電圧である２００ｍＶが、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される。当該電圧は、高周波数のパルス電圧を印加する場合と同じ電圧となる。

【0076】

以上のとおり、電流検出回路２０が正常である場合、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数の高低に伴い、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は変化する。これに対し、電流検出回路２０が故障している場合、より具体的には、上述の短絡の場合又は上述の断線の場合のいずれであっても、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数の高低に関わらず、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は変化しない。すなわち、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数の高低に関わらず、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧が変化しなければ、電流検出回路２０は、当該結果に基づき、電流検出回路２０の故障を検知できる。

【0077】

さらに、電流検出回路２０は、電流検出回路２０の故障が、配線Ｘ及び配線Ｙのうちの少なくとも一方の断線なのか、配線Ｘと配線Ｙとの間の短絡なのか、をも判定できる。電流検出回路２０は、電流検出回路２０の故障を検知した際、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、予め定められた閾値（以下、「閾値Ｔ」と称する。）との大小関係により、上述の断線なのか、上述の短絡なのか、を判定できる。

【0078】

例えば、閾値Ｔとして、５００ｍＶを用いればよい。図３の例であれば、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、短絡している場合であれば８００ｍＶであるので、当該電圧は閾値Ｔよりも大きい。これに対し、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、断線している場合であれば２００ｍＶであるので、当該電圧は閾値Ｔよりも小さい。このように、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、閾値Ｔとの大小関係により、電流検出回路２０は、電流検出回路２０の故障が、上述の断線なのか、上述の短絡なのか、を判定できる。

【0079】

なお、閾値Ｔは、例えばマイコン２３内のメモリに予め記憶させておけばよい。マイコン２３は、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、上記のメモリ内の閾値Ｔとの大小関係を比較すれば良い。

【0080】

また、閾値Ｔについては、電流検出回路２０が正常である場合、及び電流検出回路２０が故障している場合を想定し、２次側コイル２１－２のインダクタンス、第１～４ダイオードＤ１～４の各ダイオード特性、及び抵抗素子Ｒ０～Ｒ２の抵抗値を適切に設定すれば、容易に求めることができる。

【0081】

以上説明したとおり、電流検出回路２０によれば、電流検出回路２０の故障を検知し、当該故障が断線なのか、短絡なのか、を判定できる。

【0082】

特に、電流検出回路２０が設けられる製品が車載製品であれば、当該製品の起動前に電流検出回路の故障を検知できる。製品起動前、つまり、当該製品が搭載された車両が稼働する前に、当該故障に対して対策できる。稼働前に故障を検知できず、製品が稼働してしまった場合、当該製品内に流れる電流を検出し、当該製品内に過電流が流れることを防止するといった、電流検出回路の本来の機能を果たすことができない。

【0083】

図４を用いて、本開示の他の実施形態について説明する。図４は、電流検出回路２０が実行する故障検知の他の一例を説明するための説明図である。図４に示す例では、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数として、１ｋＨｚを用いている。本開示の他の実施形態では、上述の実施形態とは異なり、高周波数と低周波数の２つの周波数を用意しない。

【0084】

上述の実施形態では、電流検出回路２０は、配線Ｘと配線Ｙとの間に印加されるパルス電圧の周波数を高低させ、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧をモニターすることにより、電流検出回路２０の故障を検知するものであった。これに対し、本開示の他の実施形態では、上記のパルス電圧の周波数は高低させることなく、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、予め定められた閾値範囲（以下、「閾値範囲Ｕ」と称する。）との比較により、故障の有無、及び、断線なのか、短絡なのか、を判定できる。なお、以下に述べる具体的な数値に関しては、全て一例に過ぎず、本開示を限定するものではない。

【0085】

例えば、閾値範囲Ｕとして、３５０ｍＶ～６５０ｍＶを用いればよい。図４の例であれば、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、電流検出回路２０が正常である場合であれば５００ｍＶであるので、当該電圧は閾値範囲Ｕ内にある。第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、短絡している場合であれば８００ｍＶであるので、当該電圧は、閾値範囲Ｕ外にあり、且つ、閾値範囲Ｕの上限である６５０ｍＶよりも大きい。第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧は、断線している場合であれば２００ｍＶであるので、当該電圧は、閾値範囲Ｕ外にあり、且つ、閾値範囲Ｕの下限である３５０ｍＶよりも小さい。このように、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、閾値範囲Ｕとの比較により、電流検出回路２０は、電流検出回路２０の故障を検知すると共に、当該故障が断線なのか、短絡なのか、を判定できる。

【0086】

なお、閾値範囲Ｕは、例えばマイコン２３内のメモリに予め記憶させておけばよい。マイコン２３は、第１ポートＭ１と第２ポートＭ２との間に印加される電圧と、上記のメモリ内の閾値範囲Ｕとを比較すれば良い。

【0087】

また、閾値範囲Ｕの上限及び下限については、電流検出回路２０が正常である場合、及び電流検出回路２０が故障している場合を想定し、２次側コイル２１－２のインダクタンス、ダイオードＤｉのダイオード特性、及び抵抗素子Ｒ０～Ｒ２の抵抗値を適切に設定すれば、容易に求めることができる。ただし、電流検出回路２０が正常である場合、図２に示した接続点ａと接続点ｂとの間には、パルス電圧の周波数、ダイオードＤｉのダイオード特性、及び２次側コイル２１－２のインダクタンスに応じて、ダイオードＤｉを電流が流れた場合における電圧降下による電位差又は２次側コイル２１－２を電流が流れた場合における電圧降下による電位差が生じることに留意すべきである。

【0088】

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0089】

１０ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１１ 入力側回路
１２ トランス
１３ 出力側回路
２０ 電流検出回路
２１ カレントトランス
２１－１ １次側コイル
２１－２ ２次側コイル
２２ 変換回路
２３ マイコン
２４ パルス電圧印加回路
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｄ３ 第３ダイオード
Ｄ４ 第４ダイオード
Ｉｎ１ 第１入力端子
Ｉｎ２ 第２入力端子
Ｍ１ 第１ポート
Ｍ２ 第２ポート
Ｏｕｔ１ 第１出力端子
Ｏｕｔ２ 第２出力端子
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗素子
ＳＷ１ 第１スイッチング素子
ＳＷ２ 第２スイッチング素子
ＳＷ３ 第３スイッチング素子
ＳＷ４ 第４スイッチング素子
Ｖｃｃ 電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】