(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧変換部の２次的な機能失陥を効果的に防止可能な電圧変換装置を提供する。【解決手段】相対的に高電圧の第１バッテリ１１の電圧の、相対的に低電圧の第２バッテリ１４に対する降圧を制御する電圧変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）３０は、トランス６５の二次側コイル６５ｂに接続される第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８を有する整流回路６６と、整流回路６６を開放可能なヒューズ７１、および整流回路６６を流れる短絡電流を検出する電流センサ７２と、電子制御ユニット２８およびゲートドライブユニット２９と、を有する。電子制御ユニット２８およびゲートドライブユニット２９は、電流センサ７２が短絡電流を検出すると、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８の一方または両方をオン駆動させてヒューズ７１に整流回路６６を開放させる。【選択図】図２
2020195211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に高電圧の１次側電源の電圧の、相対的に低電圧の２次側電源に対する降圧を制御する電圧変換装置であって、
トランスの２次側コイルに接続される第１整流トランジスタおよび第２整流トランジスタを有する整流回路と、前記整流回路を開放可能なヒューズと、前記第１整流トランジスタまたは前記第２整流トランジスタの短絡を検出する短絡検出手段と、を有する電圧変換部と、
前記短絡検出手段が短絡を検出すると、前記第１整流トランジスタおよび前記第２整流トランジスタの一方または両方をオン駆動させて前記ヒューズに前記整流回路を開放させる制御部と、を備えることを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧変換装置において、
前記短絡検出手段が短絡を検出した場合にオン駆動させる前記第１整流トランジスタおよび前記第２整流トランジスタの一方は、短絡していないトランジスタである、ことを特徴とする電圧変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電圧変換装置において、
前記第１整流トランジスタおよび前記第２整流トランジスタがＭＯＳＦＥＴである、ことを特徴とする電圧変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電圧変換装置において、
前記短絡検出手段が前記整流回路内を流れる短絡電流を検出する電流センサである、ことを特徴とする電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、以下の特許文献１記載の車載用ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。このような車載用のＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスの２次側コイルの誘導起電力を整流する回路に、対を成す２つのトランジスタを備えて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、例えば一方のトランジスタが開放故障すると、両方のトランジスタをオフ駆動して整流回路を開放する。しかしながら、例えばトランジスタが短絡故障した場合には、短絡したトランジスタをオフ駆動してもトランジスタ内に短絡電流が流れ、この短絡電流によってＤＣ−ＤＣコンバータの２次的な機能失陥を引き起こすおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である電圧変換装置は、相対的に高電圧の１次側電源の電圧の、相対的に低電圧の２次側電源に対する降圧を制御する電圧変換装置である。この電圧変換装置は、トランスの２次側コイルに接続される第１整流トランジスタおよび第２整流トランジスタを有する整流回路と、整流回路を開放可能なヒューズと、第１整流トランジスタまたは第２整流トランジスタの短絡を検出する短絡検出手段と、を有する電圧変換部と、短絡検出手段が短絡を検出すると、第１整流トランジスタおよび第２整流トランジスタの一方または両方をオン駆動させてヒューズに整流回路を開放させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電圧変換部の２次的な機能失陥を効果的に防止可能な電圧変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る電圧変換装置を搭載する車両の要部構成を示す回路図。
【図２】本実施形態に係る電圧変換装置の備えるＤＣ−ＤＣコンバータの要部構成を示す回路図。
【図３】本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、ハイサイドアームのトランジスタがオンの場合における一次側および二次側の各電流の流れの一例を示す図。
【図４】本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、ローサイドアームのトランジスタがオンの場合における一次側および二次側の各電流の流れの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る電圧変換装置は、例えば、モータと第１バッテリ（１次側電源）との間の電力授受を制御するパワーモジュールに接続され、第１バッテリの電圧の第２バッテリ（２次側電源）に対する降圧を制御するＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換部）を備える。
【０００９】
電圧変換装置およびパワーモジュールは、例えば、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両および燃料電池車両等である。電気自動車はバッテリを動力源として駆動する車両であり、ハイブリッド車両はバッテリおよび内燃機関を動力源として駆動する車両であり、燃料電池車両は燃料電池を動力源として駆動する車両である。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１６を搭載する車両１０の要部構成を示す回路図である。図１に示すように、車両１０は、相対的に高電圧の第１バッテリ１１と、走行駆動用の第１モータ１２と、発電用の第２モータ１３と、相対的に低電圧の第２バッテリ１４と、補機類１５と、電圧変換装置１６と、を備える。
【００１１】
第１バッテリ１１は、例えば、車両１０の動力源である高電圧のバッテリである。第１バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを有する。第１バッテリ１１は、電圧変換装置１６の第１直流コネクタ１６ａに接続される正極端子ＰＢおよび負極端子ＮＢを備える。正極端子ＰＢおよび負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端および負極端に接続されている。
【００１２】
第１モータ１２は、第１バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。第２モータ１３は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させ、例えば、内燃機関の回転駆動力が伝達可能に構成されている。第１および第２モータ１２，１３は、例えば、３相交流（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のモータである。
【００１３】
第１および第２モータ１２，１３は、磁界用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、を備えており、いわゆるインナーロータ型である。第１モータ１２の３相のステータ巻線は、電圧変換装置１６の第１の３相コネクタ１６ｂに接続されている。第２モータ１３の３相のステータ巻線は、電圧変換装置１６の第２の３相コネクタ１６ｃに接続されている。
【００１４】
第２バッテリ１４は、例えば、車両１０の車載機器などの補機類を駆動する低電圧のバッテリである。第２バッテリ１４は、電圧変換装置１６の後述するＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して第１バッテリ１１に接続されている。第２バッテリ１４には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から出力される電圧、つまり第１バッテリ１１の出力電圧が降圧されて得られる電圧が印加される。
【００１５】
補機類１５は、ケーブルおよびヒューズを介して第２バッテリ１４に電気的に接続されている。補機類１５は、第２バッテリ１４から出力される電圧、つまり補機類１５を作動する低電圧の作動電圧によって駆動される。補機類１５は、例えば、各種の電装機器などである。
【００１６】
電圧変換装置１６は、パワーモジュール２１と、リアクトル２２と、コンデンサユニット２３と、第１電流センサ２５と、第２電流センサ２６と、第３電流センサ２７と、電子制御ユニット２８（制御部）と、ゲートドライブユニット２９（制御部）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換部）３０と、を備える。
【００１７】
パワーモジュール２１は、第１電力変換回路部３１と、第２電力変換回路部３２と、第３電力変換回路部３３と、を構成する。
【００１８】
第１電力変換回路部３１は、第１の３相コネクタ１６ｂによって第１モータ１２の３相のステータ巻線に接続されている。第１電力変換回路部３１は、第１バッテリ１１から第３電力変換回路部３３を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換する。
【００１９】
第２電力変換回路部３２は、第２の３相コネクタ１６ｃによって第２モータ１３の３相のステータ巻線に接続されている。第２電力変換回路部３２は、第２モータ１３から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２電力変換回路部３２によって変換された直流電力は、第１バッテリ１１および第１電力変換回路部３１の少なくとも一方に供給することが可能である。
【００２０】
第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備える。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。
【００２１】
例えば、各ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアームおよびローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアームおよびローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアームおよびローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬと、がブリッジ接続されている。
【００２２】
各ブリッジ回路は、上述のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備える。
【００２３】
ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨは、コレクタが正極バスバーＰＩに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーＰＩは、コンデンサユニット２３の正極バスバー５０ｐに接続されている。
【００２４】
ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、エミッタが負極バスバーＮＩに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーＮＩは、コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎに接続されている。
【００２５】
各相において、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタは、接続点ＴＩにおいてローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続されている。
【００２６】
第１電力変換回路部３１の各相において接続点ＴＩを形成する第１バスバー５１は第１入出力端子Ｑ１に接続されている。第１入出力端子Ｑ１は、第１の３相コネクタ１６ｂに接続されている。第１電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩは、第１バスバー５１、第１入出力端子Ｑ１および第１の３相コネクタ１６ｂを介して第１モータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。
【００２７】
第２電力変換回路部３２の各相において接続点ＴＩを形成する第２バスバー５２は第２入出力端子Ｑ２に接続されている。第２入出力端子Ｑ２は、第２の３相コネクタ１６ｃに接続されている。第２電力変換回路部３２の各相の接続点ＴＩは、第２バスバー５２、第２入出力端子Ｑ２および第２の３相コネクタ１６ｃを介して第２モータ１３の各相のステータ巻線に接続されている。
【００２８】
第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２は、ゲートドライブユニット２９から各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００２９】
第１電力変換回路部３１は、第１バッテリ１１から第３電力変換回路部３３を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換し、第１モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流を通電する。
【００３０】
第２電力変換回路部３２は、第２モータ１３の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、第２モータ１３の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２電力変換回路部３２によって３相交流電力から変換された直流電力は、第３電力変換回路部３３を介して第１バッテリ１１に供給することが可能である。
【００３１】
第３電力変換回路部３３は、電圧コントロールユニット（ＶＣＵ）である。第３電力変換回路部３３は、対を成すハイサイドアームおよびローサイドアームのスイッチング素子と、リアクトル２２と、を備える。例えば、第３電力変換回路部３３は、ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１およびローサイドアームの第２トランジスタＳ２を備える。第３電力変換回路部３３は、第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２のコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備える。
【００３２】
第１トランジスタＳ１は、コレクタが正極バスバーＰＶに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの正極バスバーＰＶは、コンデンサユニット２３の正極バスバー５０ｐに接続されている。
【００３３】
第２トランジスタＳ２は、エミッタが負極バスバーＮＶに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの負極バスバーＮＶは、コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎに接続されている。コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎは、第１バッテリ１１の負極端子ＮＢに接続されている。
【００３４】
ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１のエミッタは、ローサイドアームの第２トランジスタＳ２のコレクタに接続されている。第１トランジスタＳ１のエミッタおよび第２トランジスタＳ２のコレクタの接続点は、第３バスバー５３によって形成されている。第３バスバー５３は、リアクトル２２を介して第１バッテリ１１の正極端子ＰＢに接続されている。
【００３５】
リアクトル２２の両端は、第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２の接続点を成す第３バスバー５３と、第１バッテリ１１の正極端子ＰＢとに接続されている。リアクトル２２は、コイルと、コイルの温度を検出する温度センサとを備えている。温度センサは、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。
【００３６】
第３電力変換回路部３３は、ゲートドライブユニット２９から第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２の各々のゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、トランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００３７】
第３電力変換回路部３３は、昇圧時において、第２トランジスタＳ２がオン（導通）および第１トランジスタＳ１がオフ（遮断）に設定される第１状態と、第２トランジスタＳ２がオフ（遮断）および第１トランジスタＳ１がオン（導通）に設定される第２状態とを交互に切り替える。
【００３８】
第１状態では、順次、第１バッテリ１１の正極端子ＰＢ、リアクトル２２、第２トランジスタＳ２、第１バッテリ１１の負極端子ＮＢへと電流が流れ、リアクトル２２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
【００３９】
第２状態では、リアクトル２２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル２２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトル２２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、第１バッテリ１１の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間に印加される。
【００４０】
第３電力変換回路部３３は、回生時において、第２状態と、第１状態とを交互に切り替える。
【００４１】
第２状態では、順次、第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ、第１トランジスタＳ１、リアクトル２２、第１バッテリ１１の正極端子ＰＢへと電流が流れ、リアクトル２２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
【００４２】
第１状態では、リアクトル２２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル２２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトル２２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶおよび負極バスバーＮＶ間の電圧よりも低い降圧電圧が第１バッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に印加される。
【００４３】
コンデンサユニット２３は、第１平滑コンデンサ４１と、第２平滑コンデンサ４２と、を備える。
【００４４】
第１平滑コンデンサ４１は、第１バッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に接続されている。第１平滑コンデンサ４１は、第３電力変換回路部３３の回生時における第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４５】
第２平滑コンデンサ４２は、第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２の各々の正極バスバーＰＩおよび負極バスバーＮＩ間、並びに第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶおよび負極バスバーＮＶ間に接続されている。
【００４６】
また第２平滑コンデンサ４２は、正極バスバー５０ｐおよび負極バスバー５０ｎを介して、複数の正極バスバーＰＩおよび負極バスバーＮＩ、並びに正極バスバーＰＶおよび負極バスバーＮＶに接続されている。
【００４７】
第２平滑コンデンサ４２は、第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２の各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４８】
また第２平滑コンデンサ４２は、第３電力変換回路部３３の昇圧時における第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４９】
第１電流センサ２５は、第１電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩを成すとともに第１入出力端子Ｑ１と接続される第１バスバー５１に配置され、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各々の電流を検出する。
【００５０】
第２電流センサ２６は、第２電力変換回路部３２の各相の接続点ＴＩを成すとともに第２入出力端子Ｑ２と接続される第２バスバー５２に配置され、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各々の電流を検出する。
【００５１】
第３電流センサ２７は、第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２の接続点を成すとともにリアクトル２２と接続される第３バスバー５３に配置され、リアクトル２２に流れる電流を検出する。
【００５２】
第１電流センサ２５、第２電流センサ２６および第３電流センサ２７は、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。
【００５３】
電子制御ユニット２８は、第１モータ１２および第２モータ１３の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）およびタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット２８の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。
【００５４】
例えば、電子制御ユニット２８は、第１電流センサ２５の電流検出値と第１モータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。
【００５５】
例えば、電子制御ユニット２８は、第２電流センサ２６の電流検出値と第２モータ１３に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。
【００５６】
制御信号は、第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
【００５７】
ゲートドライブユニット２９は、電子制御ユニット２８から受け取る制御信号に基づいて、第１電力変換回路部３１および第２電力変換回路部３２の各々の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット２９は、制御信号の増幅およびレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
【００５８】
ゲートドライブユニット２９は、第３電力変換回路部３３の第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２の各々をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。
【００５９】
例えば、ゲートドライブユニット２９は、第３電力変換回路部３３の昇圧時における昇圧電圧指令又は第３電力変換回路部３３の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、第１トランジスタＳ１および第２トランジスタＳ２の各々のオン時間の比率である。
【００６０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、電子制御ユニット２８およびゲートドライブユニット２９によって制御される。図２は、本実施形態に係る電圧変換装置１６の備えるＤＣ−ＤＣコンバータ３０の要部構成を示す回路図である。
【００６１】
図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、第１バッテリ１１の正極端子ＰＢおよび負極端子ＮＢに接続される第１直流コネクタ１６ａに第１正極バスバー６０ｐ１および第１負極バスバー６０ｎ１を介して接続され、第２バッテリ１４の正極端子および負極端子に接続される第２直流コネクタ１６ｄに第２正極バスバー６０ｐ２および第２負極バスバー６０ｎ２を介して接続されている。
【００６２】
図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、第１入力コンデンサ６１および第２入力コンデンサ６２と、ブリッジ回路６３と、カレントトランス６４と、トランス６５と、整流回路６６と、出力コンデンサ７０と、ヒューズ７１と、電流センサ（短絡検出手段）７２と、を備える。
【００６３】
第１入力コンデンサ６１および第２入力コンデンサ６２は、第１正極バスバー６０ｐ１と第１負極バスバー６０ｎ１との間に直列に接続されている。第１入力コンデンサ６１および第２入力コンデンサ６２の接続点は、カレントトランス６４に接続されている。
【００６４】
ブリッジ回路６３は、いわゆるハーフブリッジ回路であり、対を成すハイサイドアームおよびローサイドアームのスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。本実施形態では、ブリッジ回路６３は、ハイサイドアームおよびローサイドアームの各トランジスタＱＨ，ＱＬを備える。
【００６５】
ハイサイドアームのトランジスタＱＨのドレインは、第１正極バスバー６０ｐ１に接続されている。ハイサイドアームのトランジスタＱＨのソースは、ローサイドアームのトランジスタＱＬのドレインに接続されている。ローサイドアームのトランジスタＱＬのソースは第１負極バスバー６０ｎ１に接続されている。
【００６６】
ブリッジ回路６３におけるハイサイドアームのトランジスタＱＨのソースとローサイドアームのトランジスタＱＬのドレインとの接続点は、トランス６５の１次側コイル６５ａの第１端に接続されている。ブリッジ回路６３は、第１正極バスバー６０ｐ１と第１負極バスバー６０ｎ１との間に印加される直流電力を交流電力に変換し、トランス６５の１次側コイル６５ａへの通電を順次転流させることで、１次側コイル６５ａに交流電流を通電する。
【００６７】
カレントトランス６４は、電流検出用の変流器である。例えば、貫通型のカレントトランス６４は、中空のリングコアと、測定対象の電流が流れる線路に直列に接続されてリングコアを貫通する１次側導体と、リングコアに巻回された２次側コイルと、２次側コイルに接続された負荷抵抗と、を備える。カレントトランス６４の１次側導体は、第１入力コンデンサ６１および第２入力コンデンサ６２の接続点と、トランス６５の１次側コイル６５ａの第２端との間に接続されている。カレントトランス６４は、１次側導体に流れる入力交流電流に比例した電圧を負荷抵抗に発生させる。
【００６８】
カレントトランス６４は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の過電流保護に関連して、２次側（つまり低電圧の出力側）の過電流状態に対する垂下電流を１次側（つまり高電圧の入力側）の電流から検知する。電子制御ユニット２８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の過電流保護において、カレントトランス６４によって電圧変換された１次側（つまり高電圧の入力側）の電流、つまり出力電流に比例する１次側の電流に基づき、出力電流の過電流状態（垂下ポイント）を検知し、出力電圧を低下（垂下）させるように各トランジスタＱＨ，ＱＬのスイッチングを制御する。
【００６９】
トランス６５は、１次側コイル６５ａおよび２次側コイル６５ｂを備える。
【００７０】
１次側コイル６５ａの第１端は、ブリッジ回路６３のハイサイドアームおよびローサイドアームの各トランジスタＱＨ，ＱＬの接続点に接続されている。１次側コイル６５ａの第２端は、カレントトランス６４を介して、第１入力コンデンサ６１および第２入力コンデンサ６２の接続点に接続されている。
【００７１】
２次側コイル６５ｂは、後述する第１整流トランジスタ６７のドレインと、後述する第２整流トランジスタ６８のドレインとの間に接続されている。２次側コイル６５ｂの中間タップは、第２正極バスバー６０ｐ２に接続されている。
【００７２】
トランス６５は、１次側コイル６５ａの交流電力によって２次側コイル６５ｂに誘導起電力を発生させ、１次側コイル６５ａに印加される電圧を降圧して２次側コイル６５ｂに誘起電圧を発生させる。
【００７３】
整流回路６６は、対を成す第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８を備え、トランス６５の２次側コイル６５ｂの誘導起電力を整流する。本実施形態においては、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８は、同期整流用のＭＯＳＦＥＴを用いた同期整流回路を構成している。すなわち、本実施形態の整流回路６６は同期整流回路である。
【００７４】
また第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８に用いられるＭＯＳＦＥＴは、本実施形態では、半導体や電流経路を構成する材料（例えばアルミ）等の内部部品を合成樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でモールド成型したパッケージ構造を有している。
【００７５】
第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のドレインは、２次側コイル６５ｂを介して第２正極バスバー６０ｐ２に接続されており、ソースは、第２負極バスバー６０ｎ２に接続されている。
【００７６】
第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８は、電子制御ユニット２８によって制御される一次側のハイサイドアームおよびローサイドアームの各トランジスタＱＨ，ＱＬのスイッチングに同期して、電子制御ユニット２８によってスイッチングが制御される。
【００７７】
電子制御ユニット２８は、例えば、各トランジスタＱＨ，ＱＬのスイッチングに同期して第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のスイッチング制御を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。
【００７８】
ゲートドライブユニット２９は、電子制御ユニット２８から受け取る制御信号に基づいて、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８を実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。
【００７９】
なお、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のソース−ドレイン間には、ダイオード６９が接続されているが、このダイオード６９は、いわゆる寄生ダイオードである。
【００８０】
出力コンデンサ７０は、第２正極バスバー６０ｐ２と第２負極バスバー６０ｎ２との間に接続されている。出力コンデンサ７０は、第２バッテリ１４への出力電圧を平滑化する。
【００８１】
第２正極バスバー６０ｐ２における出力コンデンサ７０の接続点と、第２バッテリ１４との間には、第２バッテリ１４と直列にヒューズ７１が接続されている。ヒューズ７１は、整流回路６６内を開放可能に設けられており、整流回路６６内を流れる電流を遮断可能である。
【００８２】
ヒューズ７１は、電流に対する耐容量が整流回路６６内のいずれの部品（例えば、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８）よりも低くなるように設定されている。例えばヒューズ７１には、半導体の故障や絶縁不良等により第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８が短絡することで流れる電流（以下「短絡電流」ともいう。）以上の電流が流れると、内蔵する合金部品が溶断するものが用いられる。
【００８３】
例えばヒューズ７１は、短絡電流（例えば１０００Ａ）が流れると合金部品が溶断し易くなり、短絡電流以上の電流が流れると合金部品が溶断するように、合金部品の断面積が設定されている。このように、本実施形態のヒューズ７１は、短絡電流以上の電流が流れると、単に短絡電流が流れる場合に比して、合金部品が溶断する時間が短くなるようになっている。
【００８４】
電流センサ７２は、第２正極バスバー６０ｐ２における出力コンデンサ７０の接続点と、ヒューズ７１との間に接続されている。電流センサ７２は、整流回路６６内を流れる電流を検出する。例えば電流センサ７２は、第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８に流れる短絡電流を検出する。
【００８５】
電流センサ７２は、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。
【００８６】
電子制御ユニット２８は、上述のトランジスタＱＨ，ＱＬのスイッチングと同期するスイッチング制御に加え、電流センサ７２の電流検出値に基づいて、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のスイッチング制御を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。
【００８７】
ゲートドライブユニット２９は、第１整流トランジスタ６７のゲート信号を生成する第１ゲートドライブユニット２９ａと、第２整流トランジスタ６８のゲート信号を生成する第２ゲートドライブユニット２９ｂと、を有する。第１ゲートドライブユニット２９ａおよび第２ゲートドライブユニット２９ｂは、実際に、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号をそれぞれ生成する。
【００８８】
例えば電子制御ユニット２８は、電流センサ７２が短絡電流を検出すると、少なくとも、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８の故障していない一方のトランジスタをオン駆動するスイッチング制御を実行する。本実施形態では、電子制御ユニット２８は、電流センサ７２が短絡電流を検出すると、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８の両方をオン駆動するスイッチング制御を実行する。
【００８９】
次に、上述のように構成された電子制御ユニット２８およびゲートドライブユニット２９によって制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作について説明する。図３は、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ３０において、ハイサイドアームのトランジスタＱＨがオンの場合における一次側および二次側の各電流の流れの一例を示す図であり、図４は、ローサイドアームのトランジスタＱＬがオンの場合における一次側および二次側の各電流の流れの一例を示す図である。
【００９０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、ゲートドライブユニット２９からハイサイドアームおよびローサイドアームの各トランジスタＱＨ，ＱＬのゲートに入力されるゲート信号に基づき、各トランジスタＱＨ，ＱＬのオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００９１】
同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、各トランジスタＱＨ，ＱＬのオン（導通）／オフ（遮断）の切り替えと同期するように、第１および第２ゲートドライブユニット２９ａ，２９ｂから第１および第２整流トランジスタ６７，６８のゲートに入力されるゲート信号に基づき、第１および第２整流トランジスタ６７，６８のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００９２】
図３および図４に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、ハイサイドアームのトランジスタＱＨがオン（導通）およびローサイドアームのトランジスタＱＬがオフ（遮断）に設定される第１状態と、トランジスタＱＨがオフ（遮断）およびトランジスタＱＬがオン（導通）に設定される第２状態と、を交互に切り替える。
【００９３】
そしてＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、第１状態においては、第２整流トランジスタ６８をオン（導通）および第１整流トランジスタ６７をオフ（遮断）にし、第２状態においては、第１整流トランジスタ６７をオン（導通）および第２整流トランジスタ６８をオフ（遮断）にする。
【００９４】
第１状態では、図３に示すように、１次側において順次、第１入力コンデンサ６１の正極端と、ハイサイドアームのトランジスタＱＨと、トランス６５の１次側コイル６５ａと、カレントトランス６４と、第１入力コンデンサ６１の負極端とへ共振電流が流れる。そして２次側においては、順次、第２整流トランジスタ６８と、２次側コイル６５ｂおよび中間タップと、ヒューズ７１とへ電流が流れる。
【００９５】
第２状態では、図４に示すように、１次側において順次、第２入力コンデンサ６２の正極端と、カレントトランス６４と、トランス６５の１次側コイル６５ａと、ローサイドアームのトランジスタＱＬと、第２入力コンデンサ６２の負極端とへ共振電流が流れる。そして２次側においては、順次、第１整流トランジスタ６７と、２次側コイル６５ｂおよび中間タップと、ヒューズ７１とへ電流が流れる。
【００９６】
このように設定された第１状態と第２状態とを交互に切り替えることで、１次側の入力電圧であるバッテリ電圧ＶＢを降圧し、２次側の出力電圧を第２バッテリ１４に印加することができる。
【００９７】
このとき、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のいずれか一方が、半導体の故障や絶縁不良等により短絡すると、短絡したトランジスタに短絡電流が流れる。そして電流センサ７２が短絡電流を検出すると、電子制御ユニット２８が第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８のオン（導通）制御を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力するオン制御信号を生成する。
【００９８】
ゲートドライブユニット２９では、電子制御ユニット２８から受け取るオン制御信号に基づいて、第１および第２ゲートドライブユニット２９ａ，２９ｂが第１および第２整流トランジスタ６７，６８を実際にオン（導通）駆動するためのゲート信号を生成し、第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオン（導通）駆動させる。
【００９９】
第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオン（導通）駆動すると、短絡故障していない方のトランジスタにも電流が流れ、短絡電流にこの電流を加えた電流、すなわち短絡電流以上の電流がヒューズ７１に流れる。これにより、ヒューズ７１の合金部品が溶断し、整流回路６６が開放される。
【０１００】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）相対的に高電圧の第１バッテリ１１の電圧の、相対的に低電圧の第２バッテリ１４に対する降圧を制御する電圧変換装置１６である。電圧変換装置１６は、トランス６５の２次側コイル６５ｂに接続される第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８を有する整流回路６６と、整流回路６６を開放可能なヒューズ７１と、第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８の短絡を検出する短絡検出手段と、を有するＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、短絡検出手段が短絡を検出すると、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８の一方または両方をオン駆動させてヒューズ７１に整流回路６６を開放させる電子制御ユニット２８およびゲートドライブユニット２９とを備える。
【０１０１】
この構成により、例えば、第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８が短絡した場合においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に２次的な機能失陥が生じることを効果的に防止することができる。
【０１０２】
例えば、第１または第２整流トランジスタ６７，６８が短絡した場合、短絡した第１または第２整流トランジスタ６７，６８に第２バッテリ１４から短絡電流が流れる。短絡した第１または第２整流トランジスタ６７，６８に短絡電流が流れると、第１または第２整流トランジスタ６７，６８内の電流経路が異常発熱するおそれがある。
【０１０３】
電流経路が異常発熱すると、例えば第１および第２整流トランジスタ６７，６８がパッケージ構造を有する場合、半導体や電流経路等の内部部品をモールドする合成樹脂が受熱することで破損するおそれがある。例えば電流経路がアルミにより形成され、合成樹脂がエポキシ樹脂の場合、アルミの融点が約６００℃、エポキシ樹脂の発火点が約５３０度だとすると、合成樹脂の発火点を超えるまで電流経路が温度上昇するおそれがある。
【０１０４】
このような温度上昇により、合成樹脂およびパッケージ内部に含む空気や水が膨張し、合成樹脂に難燃剤が添加されている場合、難燃剤が気化することで難燃剤も膨張する。これにより、モールド成型したパッケージの内部圧力が増加し、パッケージが破裂するおそれがある。パッケージが破裂すると、パッケージの周囲に内部部品が飛散し、周囲に配置される回路等の機能不全や絶縁不良等の機能失陥を引き起こすおそれがある。
【０１０５】
本実施形態においては、上述したように、短絡検出手段が短絡を検出すると、第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオン駆動する。そのため、ヒューズ７１に短絡電流以上の電流を流すことができる。ヒューズ７１は短絡電流以上の電流により合金部品が溶断するとともに、電流の大きさに比例して溶断時間が短くなるので、例えば、第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオフ駆動して短絡電流のみが流れる状態に比して、ヒューズ７１の溶断時間を短くすることができる。これにより、第１および第２整流トランジスタ６７，６８のパッケージの破裂等を抑制することができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０における第１および第２整流トランジスタ６７，６８の周囲に配置される回路等の機能不全や絶縁不良等の機能失陥を防止することができる。
【０１０６】
また例えば、第１および第２整流トランジスタ６７，６８の電流経路の断面積を大きくすることで電流の耐容量を増やして電流経路の温度上昇を抑制し、パッケージの破損を抑制することもできるが、第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオン駆動することでヒューズ７１の溶断時間を短くできるので、第１および第２整流トランジスタ６７，６８の電流の耐容量を増やす必要もない。そのため、電流の耐容量の増加に伴うコストの増加やサイズアップを図ることなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に２次的な機能失陥が生じうることを効果的に防止することができる。
【０１０７】
また例えば、第１および第２整流トランジスタ６７，６８を２個以上直列に設けることで、例えば上流側の第１または第２整流トランジスタ６７，６８が短絡した場合に、下流側の第１または第２整流トランジスタ６７，６８をオフ駆動することで、整流回路を開放させることができる。本実施形態では、第１および第２整流トランジスタ６７，６８をオン駆動することで、ヒューズの溶断時間を短くすることができるので、第１および第２整流トランジスタ６７，６８を２個以上直列に設けることなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に２次的な機能失陥が生じうることを効果的に防止することができる。
【０１０８】
（２）短絡検出手段が短絡を検出した場合にオン駆動させる第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８の一方は、故障していないトランジスタである。例えば、少なくとも故障していない第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８をオン駆動することでヒューズ７１の溶断時間を短くできる。これにより、第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８が短絡した場合においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に２次的な機能失陥が生じることを効果的に防止することができる。
【０１０９】
（３）第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８がＭＯＳＦＥＴである。これにより、例えば、第１整流トランジスタ６７および第２整流トランジスタ６８にＭＯＳＦＥＴを用いた場合においても、ＭＯＳＦＥＴの短絡故障によるＤＣ−ＤＣコンバータ３０の２次的な機能失陥を効果的に防止することができる。
【０１１０】
（４）短絡検出手段が整流回路６６内を流れる短絡電流を検出する電流センサ７２である。これにより、簡単な構成で、短絡電流を容易に検出することができる。その結果、例えばコストアップ等を図ることなく、第１整流トランジスタ６７または第２整流トランジスタ６８の故障によるＤＣ−ＤＣコンバータ３０の２次的な機能失陥を効果的に防止することができる。
【０１１１】
上記実施形態では、整流回路６６として、ＭＯＳＦＥＴを用いた同期整流回路を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。整流回路は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を用いた回路であればよい。
【０１１２】
上記実施形態では、短絡検出手段として、電流センサ７２を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、短絡検出手段は、短絡によって電圧が低下したことを検出する電圧センサを用いる構成であってもよい。
【０１１３】
また上記実施形態では、整流回路６６を流れる電流を検出する電流センサ７２を用いて短絡を検出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、間接的に短絡電流に比例した電流が流れるポイントに電流センサを配置して、この電流センサにより検出した電流で短絡を検出する構成であってもよい。
【０１１４】
上記実施形態では、車両１０に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ３０を備える電圧変換装置１６を用いて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、他の機器に搭載される、ＤＣ−ＤＣコンバータを備える電圧変換装置にも適用することができる。
【０１１５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態により本発明が限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１１６】
１０  車両、１１  第１バッテリ、１２  第１モータ、１３  第２モータ、１４  第２バッテリ、１６  電圧変換装置、２８  電子制御ユニット（制御部）、２９  ゲートドライブユニット（制御部）、３０  ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換部）、６５  トランス、６５ｂ  ２次側コイル、６６  整流回路、６７  第１整流トランジスタ、６８  第２整流トランジスタ、７１  ヒューズ、７２  電流センサ（短絡検出手段）
【図１】
2020195211.tif 000003
【図２】
2020195211.tif 000004
【図３】
2020195211.tif 000005
【図４】
2020195211.tif 000006