(57)【要約】【課題】  すみやかに直流電圧変換装置の異常を検出する。【解決手段】  直流電源と負荷の間に接続された直流電圧を変換するチョッパ回路と、出力電圧指令に従い前記チョッパ回路の直流電圧を制御する直流電圧制御器と、前記直流電圧制御器によって前記チョッパ回路のスイッチング素子を制御するゲート信号制御器とを備える直流電圧変換装置において  出力電圧指令値と、入力電圧検出器出力の入力電圧値と、リアクトルのインダクタンス値を入力としてリップル電流を演算するリップル電流演算器と、入力電流のリップル電流を検出するリップル電流検出器と、リップル電流演算器出力のリップル電流演算値とリップル電流検出器出力のリップル電流値との差分を求め所定の判定値を超えた場合に前記直流電圧変換装置の異常を検知する異常判定器を具備する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷の間に接続された直流電圧を変換するチョッパ回路と、出力電圧指令に従い前記チョッパ回路の直流電圧を制御する直流電圧制御器と、前記直流電圧制御器によって前記チョッパ回路のスイッチング素子を制御するゲート信号制御器とを備える直流電圧変換装置において
出力電圧指令値と、入力電圧検出器出力の入力電圧値と、リアクトルのインダクタンス値を入力としてリップル電流を演算するリップル電流演算器と、入力電流のリップル電流を検出するリップル電流検出器と、リップル電流演算器出力のリップル電流演算値とリップル電流検出器出力のリップル電流値との差分を求め所定の判定値を超えた場合に前記直流電圧変換装置の異常を検知する異常判定器を具備することを特徴とする保護機能付直流電圧変換装置。
【請求項２】
直流電源と負荷の間に接続された直流電圧を変換するチョッパ回路と、直流電圧指令に従い前記チョッパ回路の直流電圧を制御する直流電圧制御器と、前記直流電圧制御器によって前記チョッパ回路のスイッチング素子を制御するゲート信号制御器とを備える直流電圧変換装置において
出力電圧検出器出力の出力電圧値と、入力電圧検出器出力の入力電圧値と、リアクトルのインダクタンス値を入力としてリップル電流を演算するリップル電流演算器と、入力電流のリップル電流を検出するリップル電流検出器と、リップル電流演算器出力のリップル電流演算値とリップル電流検出器出力のリップル電流値との差分を求め所定の判定値を超えた場合に前記直流電圧変換装置の異常を検知する異常判定器を具備することを特徴とする保護機能付直流電圧変換装置。
【請求項３】
請求項１および２記載の異常判定器において、リップル電流演算器出力のリップル電流演算値に応じて判定値を変化させることを特徴とする保護機能付直流電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流チョッパ回路の昇圧動作に関わるもので、特に部品故障、制御異常の検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の一構成例を図２に示す。図２において、１は直流電源、２は入力電圧検出器、３は入力電流検出器、４はリアクトル、５はスイッチング素子１、６はスイッチング素子２、７はフィルタコンデンサ、８は出力電圧検出器、９は負荷、１０は直流電圧制御器、１１はゲート信号制御器、１２はリップル電流検出器、１３はリップル電圧検出器、１４は異常判定器２、１００はチョッパ回路である。
【０００３】
直流電源１と負荷９の間に接続されたチョッパ回路１００は、直流電源１から供給される入力電力を出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊にしたがって昇圧動作を行い負荷９へ電力を供給する。
入力電圧検出器２は、直流電源１からチョッパ回路１００へ供給される入力電圧を検出し、入力電圧検出値Ｖｉｎをリップル電圧検出器１３へ出力する。
入力電流検出器３は、直流電源１からチョッパ回路１００へ供給される入力電流を検出し、入力電流検出値Ｉｉｎをリップル電流検出器１２へ出力する。
リアクトル４は、片方を直流電源１に接続し、もう片方をスイッチング素子１ ５のコレクタ端子とスイッチング素子２ ６のエミッタ端子に接続される。
スイッチング素子１ ５とスイッチング素子２ ６は、ゲート信号制御器１１から出力されるゲート信号Ｓｗに基づきスイッチング動作する。
フィルタコンデンサ７は、チョッパ回路１００の出力に並列に配置され、片方をスイッチング素子１ ５のエミッタ端子に接続され、もう片方をスイッチング素子２ ６のコレクタ端子に接続される。
出力電圧検出器８は、チョッパ回路１００から負荷９へ供給される出力電圧を検出し、出力電圧検出値Ｖｏｕｔを直流電圧制御器１０へ出力する。
【０００４】
直流電圧制御器１０は、出力電圧指令値Ｖｏｕｔ＊と出力電圧検出値Ｖｏｕｔを入力としチョッパ回路１００の出力電圧が出力電圧指令値Ｖｏｕｔ*となるように出力電圧を制御する制御信号Ｓｃをゲート信号制御器１１に出力する。
ゲート信号制御器１１は、制御信号Ｓｃとスイッチング周期Ｆｃを入力として制御信号Ｓｃに基づいてチョッパ回路１００のスイッチング素子１  ５、スイッチング素子２  ６へゲート信号Ｓｗを出力しスイッチング周期Ｆｃの周期でスイッチング動作させる。
リップル電流検出器１２は、入力電流検出値Ｉｉｎを入力として入力電流のリップル成分を検出しリップル電流検出値Ｉｐｐを異常判定器２ １４に出力する。
リップル電圧検出器１３は、入力電圧検出値Ｖｉｎを入力として入力電圧のリップル成分を検出しリップル電圧検出値Ｖｐｐを異常判定器２ １４に出力する。
【０００５】
異常判定器２  １４は、リップル電流検出値Ｉｐｐとリップル電圧検出値Ｖｐｐとリップル電流異常判定レベルＩｐｐ_Ｌとリップル電圧異常判定レベルＶｐｐ_Ｌを入力とする。
リップル電流検出値Ｉｐｐがリップル電流異常判定レベルＩｐｐ_Ｌより大きい場合あるいは、リップル電圧検出値Ｖｐｐがリップル電圧異常判定レベルＶｐｐ_Ｌより大きい場合は、異常と判断し異常発生信号Ｆｌｔをゲート信号制御器１１へ出力し異常発生を通知し、ゲート信号制御器１１は保護動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５５１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
直流チョッパ回路を構成するリアクトルの短絡やリアクトルのコアの特性不良等によって発生するリアクトルのインダクタンスの低下はリップル電流を増大させるため、速やかに、保護動作あるいは異常を知らせなければならない。機器の故障、制御異常を速やかに検出することが要求される。
文献１に示された異常検知方法は、リップル電流がしきい値を超えることにより異常を検知する方法であるため、大きなリップル電流が発生し、しきい値を超えるまで異常検知することができない。また、リップル電流は、入出力電圧値にともなう通流率によって変化するが、通流率に応じて異常検知することができない。
リアクトルの短絡により発生するリアクトルの異常発熱をリアクトルに温度センサを取付け所定の温度に達した場合は異常と判断する方法もあるが、温度センサ設置によりコストが増大し、またリアクトルが短絡を起こし所定の温度に達するまで異常を検知することができない課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記要求を鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、電流リップル値を演算し、電流リップル検出値と比較することにより異常状態を判断し、速やかに機器の故障、制御異常を検出することを特徴とする制御を提供することにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制御装置は、直流チョッパ回路の昇圧動作に関わるのもで、特に部品故障や制御異常を速やかに検出することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御装置の入力電流を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明装置の一実施例であり、１〜１２は、図２と同様である。また、１５はリップル電流演算器、１６はリップル電流比較器、１７は異常判定器１である。
【００１３】
リアクトルに流れる入力電流のリップル電流Ｉｐｐは式１で表される。
(数１)
Ｉｐｐ  ＝  Ｖｐ／Ｌ＊Ｔ１ ＝Ｖｎ／Ｌ＊Ｔ２                 …式１
図３に示すリアクトルに印加される電圧の上限値Ｖｐ、リアクトルに印加される電圧の下限値Ｖｎ、リアクトルのインダクタンス値Ｌ、電圧印加ＯＮ時間Ｔ１、電圧印加ＯＦＦ時間Ｔ２を用いて算出される。電圧印加ＯＮ時間Ｔ１と電圧印加ＯＦＦ時間Ｔ２の合計はスイッチング周期Ｆｃの１周期の時間Ｔである。
式１より、リップル電流Ｉｐｐを、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、スイッチング周期Ｆｃ、リアクトルのインダクタンス値Ｌを用いて式２を算出することができる。
(数２)
Ｉｐｐ  ＝ （１−Ｖin／Ｖout ）＊ Ｖin／Ｆc／Ｌ             …式２
出力電圧Ｖｉｎは出力電圧指令Ｖｏｕｔ*に従い直流電圧制御器１０で制御されるので、リップル電流演算値Ｉｐｐ_ｃは式３で表される。
(数３)
Ｉｐｐ_ｃ  ＝ （１−Ｖin／Ｖout* ）＊ Ｖin／Ｆc／Ｌ         …式３
【００１４】
リップル電流演算器１５は、入力電圧検出値Ｖｉｎと出力電圧指令値Ｖｏｕｔ*とスイッチング周期Ｆｃとリアクトルのインダクタンス値Ｌを入力として、（３）式より、リップル電流演算値Ｉｐｐ_ｃをリップル電流比較器１６へ出力する。
リップル電流比較器１６は、リップル電流演算値Ｉｐｐ_ｃとリップル電流検出値Ｉｐｐを比較し、リップル電流比較値Ｉｐｐ_ｅｒｒを出力する。
異常判定器１ １７は、リップル電流比較値Ｉｐｐ_ｅｒｒとリップル電流異常判定値Ｉｐｐ_ｆを入力とし、リップル電流比較値Ｉｐｐ_ｅｒｒがリップル電流異常判定値Ｉｐｐ_ｆより大きい場合に異常状態と判断し異常信号Ｆｌｔをゲート信号制御器１１に出力する。
【００１５】
図４は、本発明装置の一実施例であり、リップル電流演算器１５は、入力電圧検出値Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとスイッチング周期Ｆｃとリアクトルのインダクタンス値Ｌを入力として、式２より、リップル電流演算値Ｉｐｐ_ｃをリップル電流比較器１６に出力した例である。
【００１６】
本実施例によれば、リップル電流演算値Ｉｐｐ_ｃとリップル電流Ｉｐｐを比較し異常を判定するため、異常状態を瞬時に検知することができ、異常状態を継続させることなく保護動作することができる。
温度センサを設置することなく、異常状態を検知することができコスト増加を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００１７】
１  直流電源
２  入力電圧検出器
３  入力電流検出器
４  リアクトル
５  スイッチング素子１
６  スイッチング素子２
７  フィルタコンデンサ
８  出力電圧検出器
９  負荷
１０  直流電圧制御器
１１  ゲート信号制御器
１２  リップル電流検出器
１３  リップル電圧検出器
１４  異常判定器２
１５  リップル電流演算器
１６  リップル電流比較器
１７  異常判定器1
１００  チョッパ回路
Ｖｏｕｔ  出力電圧検出値
Ｖｏｕｔ*  出力電圧指令値
Ｓｃ  制御信号
Ｓｗ  ゲート信号
Ｆｃ  スイッチング周期
Ｉｐｐ  リップル電流検出値
Ｖｐｐ  リップル電圧検出値
ｌｐｐ_ｃ  リップル電流演算値
ｌｐｐ_ｅｒｒ  リップル電流比較値
ｌｐｐ_f  リップル電流異常判定値
Ｉｐｐ_Ｌ  リップル電流異常判定レベル
Ｖｐｐ_Ｌ  リップル電圧異常判定レベル
Ｆｌｔ  異常発生信号
Ｉｉｎ  入力電流検出値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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