(57)【要約】【課題】共振キャパシタの異常を判定することができるＤＣ／ＤＣ変換装置、コンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法を提供する。【解決手段】入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、所定条件を充足するか否かに基づいて複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部とを備える。【選択図】図１
2018011432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、
該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、
該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、
前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部と
を備えるＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項２】
前記スイッチングデバイスの温度を取得するデバイス温度取得部と、
所定箇所の基準温度を取得する基準温度取得部と、
出力電流を取得する電流取得部と、
前記スイッチングデバイスの温度、前記基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する記憶部と、
前記基準温度取得部で取得した基準温度、前記電流取得部で取得した出力電流及び前記特定情報に基づいて前記スイッチングデバイスの温度を特定する温度特定部と
を備え、
前記判定部は、
前記デバイス温度取得部で取得した温度と前記温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項３】
前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する記憶部と
を備え、
前記判定部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と前記基準導通時間との時間差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項１又は請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項４】
前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する記憶部と
を備え、
前記判定部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記所定時間経過時点で前記共振電流取得部が取得する共振電流と前記基準電流値との電流差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項１又は請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記共振電流の誤差をＩｅとし、前記所定時間経過時点をＴｚとし、前記共振インダクタのインダクタンスをＬとし、共振電流の交流成分の振幅をＩｒとし、出力電流をＩとした場合、前記複数の並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスＣと、一の共振キャパシタのキャパシタンスＣｄとは、
Ｉｅ＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}
という式を充足する請求項４に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項６】
前記合成キャパシタンスＣは、
−Ｉｅ≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}
という式を充足する請求項５に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記判定部で前記共振キャパシタの異常があると判定した場合、前記スイッチングデバイスのオン／オフを停止する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項８】
コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常を判定させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させるコンピュータプログラム。
【請求項９】
入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法であって、
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置の異常を判定するためのコンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力側の直流電圧を出力側の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータが車載機器及び産業用機器に使用されている。近年、車載機器や産業用機器の小型化要求が高く、ＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる受動素子（例えば、インダクタ、キャパシタなど）の小型化のため、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作周波数（スイッチング周波数）が高くなりつつある。しかし、動作周波数を高くすると、スイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる。
【０００３】
そこで、共振用インダクタと共振用キャパシタとから構成される共振回路の共振により通電スイッチに流れる共振電流がゼロになったときに通電スイッチをオフにするゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：Zero Current Switching）を行うことにより、ターンオフ時のスイッチング損失を低減する電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような従来のＤＣ／ＤＣコンバータにあっては、共振キャパシタには大きな電流が流れるため、電流を分散すべく複数のキャパシタを並列に接続する場合がある。しかし、複数のキャパシタの一部が故障した場合に、速やかに故障を判定する手法はこれまで示されてこなかった。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、共振キャパシタの異常を判定することができるＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置の異常を判定するためのコンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部とを備える。
【０００８】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常を判定させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させる。
【０００９】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法であって、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、共振キャパシタの異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】共振インダクタに流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。
【図３】第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の記憶部に記憶した特定情報の一例を示す説明図である。
【図４】共振キャパシタの正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。
【図５】第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の構成の一例を示す説明図である。
【図７】共振キャパシタの正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。
【図８】第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１１】共振キャパシタの正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。
【図１２】第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】共振キャパシタが正常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。
【図１５】共振キャパシタが異常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部とを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常を判定させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法であって、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する。
【００１５】
スイッチングデバイスは、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフする。スイッチングデバイスは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのデバイスである。共振インダクタは、スイッチングデバイスに直列に接続されている。複数の並列接続された共振キャパシタは、共振インダクタとともに共振回路を構成する。制御部は、スイッチングデバイスのオン／オフを制御する。
【００１６】
判定部は、所定条件を充足するか否かに基づいて複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する。一部の共振キャパシタの異常とは、例えば、一部の共振キャパシタのオープン故障とすることができる。例えば、複数の並列接続された共振キャパシタのうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合、並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスは小さくなる。このため、共振電流の共振周期が変化する（短くなる）。そこで、共振電流の変化を捉えるような所定条件を設けることにより、共振キャパシタの異常を判定することができる
【００１７】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記スイッチングデバイスの温度を取得するデバイス温度取得部と、所定箇所の基準温度を取得する基準温度取得部と、出力電流を取得する電流取得部と、前記スイッチングデバイスの温度、前記基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する記憶部と、前記基準温度取得部で取得した基準温度、前記電流取得部で取得した出力電流及び前記特定情報に基づいて前記スイッチングデバイスの温度を特定する温度特定部とを備え、前記判定部は、前記デバイス温度取得部で取得した温度と前記温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。
【００１８】
デバイス温度取得部は、スイッチングデバイスの温度を取得する。スイッチングデバイスの温度は、スイッチングデバイス又はその近傍に温度センサを設けることにより取得することができる。基準温度取得部は、所定箇所の基準温度を取得する。所定箇所は、スイッチングデバイスの雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換装置内の基板などとすることができる。基準温度は、所定箇所に温度センサを設けることにより取得することができる。
【００１９】
電流取得部は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電流を取得する。出力電流の取得は、例えば、シャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスの温度、基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する。温度特定部は、記憶部に記憶した特定情報を参照して、基準温度取得部で取得した基準温度及び電流取得部で取得した出力電流に対応するスイッチングデバイスの温度を特定する。
【００２０】
判定部は、デバイス温度取得部で取得した温度と温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。制御部は、共振インダクタに流れる共振電流（すなわち、スイッチングデバイスに流れる電流）がゼロ又は負になる状態でスイッチングデバイスをオフにする、いわゆるゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を行う。このため、共振キャパシタが正常である場合には、ゼロ電流スイッチングが行われるので、スイッチングデバイスの損失は小さく温度上昇も所定温度以下となる。しかし、一の共振キャパシタが異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が変化するため、ゼロ電流スイッチングを行うことができず、スイッチングデバイスの損失は大きくなり温度上昇も所定温度を超えることになる。そこで、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値（例えば、２０℃、３０℃など）を超える場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、前記スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する記憶部とを備え、前記判定部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と前記基準導通時間との時間差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。
【００２２】
共振電流取得部は、スイッチングデバイスおよび共振インダクタに流れる共振電流を取得する。共振電流の取得は、例えば、共振インダクタに直列に接続したシャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する。基準導通時間は、共振キャパシタが正常である場合に、取得した共振電流がゼロになる時点を特定することにより求めることができる。
【００２３】
判定部は、スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と基準導通時間との時間差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。共振キャパシタが正常である場合の基準導通時間をＴ０とする。一の共振キャパシタが異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、導通時間は基準導通時間Ｔ０よりも短くなる。そこで、取得する共振電流に基づく導通時間と基準導通時間Ｔ０との時間差が所定の時間閾値を超える場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。
【００２４】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、前記スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する記憶部とを備え、前記判定部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記所定時間経過時点で前記共振電流取得部が取得する共振電流と前記基準電流値との電流差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。
【００２５】
共振電流取得部は、スイッチングデバイスおよび共振インダクタに流れる共振電流を取得する。共振電流の取得は、例えば、共振インダクタに直列に接続したシャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する。一の共振キャパシタが異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が変化するので、共振電流の瞬時値も変化する。所定時間経過時点は、例えば、正常時の共振電流の瞬時値と異常時の共振電流の瞬時値との電流差が大きくなる時点とすることができる。共振電流の基準電流値は、共振キャパシタが正常である場合の電流値である。
【００２６】
判定部は、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点で共振電流取得部が取得する共振電流と基準電流値との電流差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。一の共振キャパシタが異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、共振電流の瞬時値も変化する。そこで、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点で取得する共振電流と基準電流値との電流差が所定の電流閾値より大きい場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。
【００２７】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記共振電流の誤差をＩｅとし、前記所定時間経過時点をＴｚとし、前記共振インダクタのインダクタンスをＬとし、共振電流の交流成分の振幅をＩｒとし、出力電流をＩとした場合、前記複数の並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスＣと、一の共振キャパシタのキャパシタンスＣｄとは、Ｉｅ＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}という式を充足する。
【００２８】
共振電流の誤差をＩｅとし、所定時間経過時点をＴｚとし、共振インダクタのインダクタンスをＬとし、共振電流の交流成分の振幅をＩｒとし、出力電流をＩとした場合、複数の並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスＣと、一の共振キャパシタのキャパシタンスＣｄとは、Ｉｅ＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}という式を充足する。
【００２９】
共振キャパシタが正常である場合に、スイッチングデバイスがオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間をＴ０とし、スイッチングデバイスがオンした時点から共振電流がゼロから負となり再度ゼロになる時点までの時間（共振電流の共振周期に等しい）をＴｎとすると、時間Ｔ０から時間Ｔｎの間では、共振電流の瞬時値は０又は負となる。一方、一の共振キャパシタがオープン故障すると、共振キャパシタの合成キャパシタンスが小さくなり、共振電流の共振周期が短くなるので、スイッチングデバイスがオンした時点から時間Ｔｎが経過した時点での共振電流の瞬時値は正となるケースが存在する。そこで、所定時間経過時点Ｔｚを、共振キャパシタが正常である場合の所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値が≦０となり、共振キャパシタが異常である場合の所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値が＞０となるように設定することができる。
【００３０】
共振電流の誤差Ｉｅは、シャント抵抗などの電流センサによる検出誤差である。（Ｃ−Ｃｄ）は、複数の共振キャパシタのうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振キャパシタの合成キャパシタンスである。すなわち、Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}は、一の共振キャパシタがオープン故障した場合に所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、０＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが異常であると判定することができる。従って、Ｉｅ＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}という式を充足すれば、共振電流の誤差Ｉｅが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが異常であると判定することができる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記合成キャパシタンスＣは、−Ｉｅ≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}という式を充足する。
【００３２】
さらに、合成キャパシタンスＣは、−Ｉｅ≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}という式を充足する。Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}は、共振キャパシタが正常である場合に所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、０≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが正常であると判定することができる。従って、−Ｉｅ≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}という式を充足すれば、共振電流の誤差Ｉｅが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが正常であると判定することができる。
【００３３】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記制御部は、前記判定部で前記共振キャパシタの異常があると判定した場合、前記スイッチングデバイスのオン／オフを停止する。
【００３４】
制御部は、判定部で共振キャパシタの異常があると判定した場合、スイッチングデバイスのオン／オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタの一部に異常があればＤＣ／ＤＣ変換装置のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
【００３５】
［本願発明の実施形態の詳細］
（第１実施形態）
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１００の構成の一例を示す説明図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１００は、入力端子Ｇ１及びＧ２、出力端子Ｇ３及びＧ４を備え、入力端子Ｇ１及びＧ２に印加される入力電圧を降圧変換して出力端子Ｇ３及びＧ４から出力する。入力端子Ｇ２は出力端子Ｇ４に接続されている。
【００３６】
入力端子Ｇ１には、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイス１０のドレインを接続してある。スイッチングデバイス１０のソースには、共振インダクタ１１の一端を接続してある。すなわち、スイッチングデバイス１０と共振インダクタ１１とは、直列に接続されている。以下では、スイッチングデバイス１０をＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）として説明する。スイッチングデバイス１０は、ソース・ドレイン間に逆並列に接続されたダイオードを含む。
【００３７】
共振インダクタ１１の他端と入力端子Ｇ２との間には、共振インダクタ１１とともに共振回路を構成する共振キャパシタ１２を接続してある。共振キャパシタ１２は、複数の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３（図１の例では３個であるが、並列数は３に限定されない）を並列に接続してある。また、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２の接続点と出力端子Ｇ３との間には、インダクタ１４を接続してある。出力端子Ｇ３及びＧ４の間にはキャパシタ１５を接続してある。また、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２の接続点には、ダイオード１３のカソードを接続してあり、ダイオード１３のアノードは、出力端子Ｇ４に接続してある。
【００３８】
共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２は、スイッチングデバイス１０のゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：Zero Current Switching）を実現するために設けられている。
【００３９】
出力端子Ｇ３には、出力電流を検出する電流検出部２１を接続してある。電流検出部２１は、例えば、シャント抵抗で構成することができる。電流検出部２１は、検出した電流を制御ユニット３０へ出力する。
【００４０】
スイッチングデバイス１０又はその近傍には温度センサ２２を設けている。温度センサ２２は、スイッチングデバイス１０の温度を検出し、検出した温度を制御ユニット３０へ出力する。また、ＤＣ／ＤＣ変換装置１００の所定箇所には温度センサ２３を設けている。所定箇所は、スイッチングデバイス１０の雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換装置１００内の基板（不図示）などとすることができる。温度センサ２３は、基準温度を検出し、検出した基準温度を制御ユニット３０へ出力する。
【００４１】
制御ユニット３０は、電流取得部３１、基準温度取得部３２、デバイス温度取得部３３、温度特定部３４、記憶部３５、判定部３６、及び制御部３７などを備える。
【００４２】
制御部３７は、スイッチングデバイス１０のオン／オフを制御する。すなわち、スイッチングデバイス１０がオンすると、入力端子Ｇ１及びＧ２間の入力電圧によりスイッチングデバイス１０に電流が流れ、インダクタ１１、１４を介して出力端子Ｇ３から出力電流が出力される。インダクタ１４には、電流が流れている間にエネルギーが蓄積される。そして、スイッチングデバイス１０がオフとなると、インダクタ１４に蓄えられたエネルギーにより、ダイオード１３を介して、インダクタ１４、出力端子Ｇ３、出力端子Ｇ４と電流が流れる。スイッチングデバイス１０のオン／オフを繰り返すことにより、出力端子Ｇ３及びＧ４間から入力電圧を降圧した出力電圧が出力される。
【００４３】
また、制御部３７は、ゼロ電流スイッチングを実現すべくスイッチングデバイス１０をオフするタイミングを制御する。以下、ゼロ電流スイッチングについて説明する。
【００４４】
図２は共振インダクタ１１に流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。共振インダクタ１１に流れる共振電流をｉとすると、共振電流ｉは、式（１）で表すことができる。
【００４５】
【数１】
2018011432.tif 000003
【００４６】
ここで、Ｉは出力端子Ｇ３を流れる出力電流を示し、Ｉｒは共振電流ｉの交流成分の振幅であり、ｗは共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２からなる共振回路の共振角周波数である。共振角周波数ｗは式（２）で表すことができる。ここで、Ｌは共振インダクタ１１のインダクタンスであり、Ｃは共振キャパシタ１２のキャパシタンス（合成キャパシタンス）である。なお、共振キャパシタ１２１、１２２、１２３それぞれのキャパシタンスをＣｄとすると、Ｃ＝３×Ｃｄとなる。
【００４７】
図２において、Ｔ０は、共振電流ｉ≧０の時間であり、Ｔ１はｉ＝０からｉ＝Ｉになるまでの時間であり、Ｔｎは共振電流ｉの周期である。図２から分かるように、式（３）の関係が成立する。式（３）から、Ｔ１は式（４）で表すことができる。
【００４８】
また、共振電流ｉの交流成分の振幅Ｉｒは、式（５）で表すことができる。ここで、Ｚｎは、特性インピーダンスであり、式（６）で表すことができる。また、Ｖは入力端子Ｇ１およびＧ２に印加される入力電圧である。式（５）を式（４）に代入すると、式（４）は式（７）で表すことができる。
【００４９】
また、図２から式（８）が成立する。ここで、Ｉ＝０のときは、Ｔ１＝０となるので、Ｔ０＝Ｔｎ／２となる。また、Ｉ＝Ｉｒのときは、Ｔ０＝Ｔｎとなる。式（８）から、Ｉ＝０の場合、Ｔ１＝０であり、Ｉ＝Ｉｒの場合、Ｔ１＝Ｔｎ／４となる。すなわち、Ｉが０からＩｒに変化すると、Ｔ１は０からＴｎ／４に変化する。このＴ１の変化をＩの一次関数で近似すると、式（７）により、式（９）が得られる。
【００５０】
式（９）を式（８）に代入すると式（１０）が得られる。共振電流ｉの周期Ｔｎは、式（１１）で表すことができる。式（１１）を式（１０）に代入すると、通電時間Ｔ０は、式（１２）で算出することができる。
【００５１】
図２に示すように、時間Ｔ０から時間Ｔｎまでの間の時間において、共振電流ｉ≦０となり、スイッチングデバイス１０のドレインからソースには電流が流れないので、ゼロ電流スイッチングを行うことができる（ＺＣＳ成立範囲）。
【００５２】
判定部３６は、所定条件を充足するか否かに基づいて複数の並列接続された共振キャパシタ１２１、１２２、１２３の一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する。一部の共振キャパシタの異常とは、例えば、一部の共振キャパシタのオープン故障とすることができる。例えば、複数の並列接続された共振キャパシタ１２１、１２２、１２３のうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合、並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスは小さくなる。
【００５３】
例えば、共振キャパシタ１２１がオープン故障すると、共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスは、Ｃから（Ｃ−Ｃｄ）となる。このため、共振電流の共振周期が変化する（短くなる）。そこで、共振電流の変化を捉えるような所定条件を設けることにより、共振キャパシタ１２の異常を判定することができる。
【００５４】
次に、所定条件が充足するか否かの判定方法について詳細に説明する。所定条件が充足するか否かは、例えば、（１）スイッチングデバイス１０の温度に基づく場合、（２）共振電流がゼロになる時点（共振電流が正となっている導通時間）に基づく場合、（３）共振電流の瞬時値に基づく場合などがある。まず、スイッチングデバイス１０の温度に基づく場合について説明する。
【００５５】
デバイス温度取得部３３は、温度センサ２２からスイッチングデバイス１０の温度を取得する。スイッチングデバイス１０の温度は、スイッチングデバイス１０又はその近傍の温度である。
【００５６】
基準温度取得部３２は、温度センサ２３から所定箇所の基準温度を取得する。所定箇所は、スイッチングデバイス１０の雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換装置１００内の基板などとすることができる。
【００５７】
電流取得部３１は、電流検出部２１からＤＣ／ＤＣ変換装置１００の出力電流を取得する。
【００５８】
記憶部３５は、スイッチングデバイス１０の温度、基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する。
【００５９】
図３は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１００の記憶部３５に記憶した特定情報の一例を示す説明図である。図３に示すように、特定情報は、共振キャパシタ１２が正常である場合において、出力電流、基準温度及びスイッチングデバイス１０の温度（デバイス温度とも称する）の対応関係を示す。例えば、出力電流がＩ１であり、基準温度がｔｒ１であるときは、デバイス温度はｔｄ１１であることを示す。他の出力電流、基準温度及びスイッチングデバイス１０の温度についても同様である。
【００６０】
温度特定部３４は、記憶部３５に記憶した特定情報を参照して、基準温度取得部３２で取得した基準温度及び電流取得部３１で取得した出力電流に対応するスイッチングデバイス１０の温度を特定する。例えば、電流取得部３１で取得した出力電流がＩ１であり、基準温度取得部３２で取得した基準温度がｔｒ１であるときは、温度特定部３４は、デバイス温度がｔｄ１１であると特定する。
【００６１】
判定部３６は、デバイス温度取得部３３で取得した温度と温度特定部３４で特定した温度との温度差に基づいて共振キャパシタ１２の異常の有無を判定する。
【００６２】
図４は共振キャパシタ１２の正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。図４の上段の図は共振電流の波形を示し、実線は共振キャパシタ１２が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ１２が異常時の共振電流である。また、下段の図はスイッチングデバイス１０のオン／オフ状態を示す。
【００６３】
制御部３７は、共振インダクタ１１（すなわち、スイッチングデバイス１０）に流れる共振電流がゼロ又は負になる状態でスイッチングデバイス１０をオフにする、いわゆるゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を行う。図４の例では、スイッチングデバイス１０は、時点ｔ１でオンし、ＺＣＳ成立範囲内の時点ｔ２でオフする。時点ｔ２では、共振電流は負となっている。共振キャパシタ１２が正常である場合には、ゼロ電流スイッチングが行われるので、スイッチングデバイス１０の損失は小さく温度上昇も所定温度以下となる。
【００６４】
しかし、一の共振キャパシタが異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が変化する（短くなる）。図４に示すように、共振電流の共振周期が変化するので、時点ｔ２では、共振電流がゼロより大きくなり、ゼロ電流スイッチングを行うことができない。このため、スイッチングデバイス１０の損失は大きくなり温度上昇も所定温度を超えることになる。
【００６５】
従って、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値（例えば、２０℃、３０℃など）を超える場合には、共振キャパシタ１２が異常であると判定することができる。
【００６６】
制御部３７は、判定部３６で共振キャパシタ１２の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス１０のオン／オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３の一部に異常があればＤＣ／ＤＣ変換装置１００のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
【００６７】
次に、第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１００の動作について説明する。図５は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１００による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下では、便宜上、処理の主体を制御ユニット３０として説明する。制御ユニット３０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１００を動作させて、出力電流を取得し（Ｓ１１）、基準温度を取得する（Ｓ１２）。
【００６８】
制御ユニット３０は、取得した出力電流及び基準温度に基づいてスイッチングデバイス１０の温度を特定する（Ｓ１３）。制御ユニット３０は、スイッチングデバイス１０の温度を取得し（Ｓ１４）、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ１５）。
【００６９】
温度差が所定の温度閾値より大きい場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、共振キャパシタのオープン故障と判定し（Ｓ１６）、後述のステップＳ１７の処理を行う。温度差が所定の温度閾値より大きくない場合（Ｓ１５でＮＯ）、制御ユニット３０は、ステップＳ１６の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する（Ｓ１７）。制御ユニット３０は、処理を終了しないと判定した場合（Ｓ１７でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００７０】
（第２実施形態）
第２実施形態では、共振電流がゼロになる時点（共振電流が正となっている導通時間）に基づいて、前述の所定条件が充足するか否かを判定する方法について説明する。
【００７１】
図６は第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１２０の構成の一例を示す説明図である。第１実施形態の場合との相違点は、温度センサ２２、２３、基準温度取得部３２、デバイス温度取得部３３、温度特定部３４及び記憶部３５に代えて、電圧検出部２４、共振電流検出部２５、電圧取得部３８、共振電流取得部３９、導通時間管理部４０及び記憶部４１を備える点である。なお、第１実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
共振インダクタ１１と直列に共振電流を検出する共振電流検出部２５を接続してある。共振電流検出部２５は、例えば、シャント抵抗で構成することができる。共振電流検出部２５は、検出した共振電流を制御ユニット３０へ出力する。
【００７３】
入力端子Ｇ１及びＧ２間には、入力電圧を検出する電圧検出部２４を接続してある。電圧検出部２４は、例えば、入力端子Ｇ１及びＧ２間に接続された複数の抵抗からなる直列回路とすることができる。電圧検出部２４は、検出した電圧を制御ユニット３０へ出力する。
【００７４】
共振電流取得部３９は、共振電流検出部２５から共振インダクタ１１に流れる共振電流を取得する。また、電圧取得部３８は、電圧検出部２４から入力電圧を取得する。
【００７５】
導通時間管理部４０は、共振電流取得部３９で取得した共振電流がゼロになる時点に基づいて、スイッチングデバイス１０をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を特定する。基準導通時間は、共振キャパシタ１２が正常である場合における、スイッチングデバイス１０をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間であり、例えば、図２に例示した時間Ｔ０である。
【００７６】
導通時間管理部４０は、共振電流取得部３９で取得した共振電流がゼロになる時点又は当該時点の近傍において取得した出力電流及び入力電圧と関連付けて基準導通時間を記憶部４１に記憶する。
【００７７】
記憶部４１は、共振キャパシタ１２が正常である場合の、スイッチングデバイス１０をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を記憶する。なお、基準導通時間は、式（１２）から分かるように、出力電流及び入力電圧に応じて変化し得るので、記憶部４１は、出力電流及び入力電圧と関連付けて基準導通時間を記憶する。
【００７８】
判定部３６は、共振電流取得部３９で取得した共振電流がゼロになる時点に基づいて、スイッチングデバイス１０をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの導通時間を特定する。そして、判定部３６は、特定した導通時間と記憶部４１に記憶した基準導通時間との時間差に基づいて共振キャパシタ１２の異常の有無を判定する。
【００７９】
図７は共振キャパシタ１２の正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。実線は共振キャパシタ１２が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ１２が異常時の共振電流である。図７に示すように、共振キャパシタ１２が正常である場合の基準導通時間をＴ０とする。共振キャパシタ１２が異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、導通時間は基準導通時間Ｔ０よりも短くなる。図７の例では、共振キャパシタ１２が異常である場合の導通時間をＴＥ０とする。
【００８０】
例えば、共振キャパシタ１２が正常時の合成キャパシタンスをＣとし、オープン故障した共振キャパシタのキャパシタンスをＣｄとすると、共振キャパシタ１２が異常である場合の導通時間ＴＥ０は、式（１３）で表すことができる。
【００８１】
【数２】
2018011432.tif 000004
【００８２】
上述のように、取得した共振電流に基づく導通時間と基準導通時間Ｔ０との時間差ΔＴが所定の時間閾値を超える場合には、共振キャパシタ１２が異常であると判定することができる。
【００８３】
制御部３７は、判定部３６で共振キャパシタ１２の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス１０のオン／オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３の一部に異常があればＤＣ／ＤＣ変換装置１００のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
【００８４】
次に、第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１２０の動作について説明する。図８及び図９は第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１２０による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、図８について説明する。図８に示す処理は、共振キャパシタ１２が正常である場合に事前に行っておく処理である。すなわち、図８に示す処理は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２０の設計段階又は製造段階に行ってもよく、あるいは出荷後の動作時の所定のタイミングで行うようにしてもよい。
【００８５】
制御ユニット３０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２０を動作させて、共振電流を取得する（Ｓ３１）。共振電流は、所定のサンプリング周期で取得することができる。制御ユニット３０は、取得した共振電流がゼロであるか否かを判定し（Ｓ３２）、共振電流がゼロでない場合（Ｓ３２でＮＯ）、ステップＳ３１の処理を続ける。
【００８６】
取得した共振電流がゼロである場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、出力電流を取得し（Ｓ３３）、入力電圧を取得し（Ｓ３４）、スイッチングデバイス１０がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間である導通時間を特定する（Ｓ３５）。制御ユニット３０は、特定した導通時間を、取得した出力電流及び入力電圧と対応付けて、基準導通時間として記憶部４１に記憶し（Ｓ３６）、処理を終了する。
【００８７】
図９に示す処理は、共振キャパシタ１２の故障を判定する処理である。制御ユニット３０は、共振電流を取得する（Ｓ４１）。共振電流は、所定のサンプリング周期で取得することができる。制御ユニット３０は、取得した共振電流がゼロであるか否かを判定し（Ｓ４２）、共振電流がゼロでない場合（Ｓ４２でＮＯ）、ステップＳ４１の処理を続ける。
【００８８】
取得した共振電流がゼロである場合（Ｓ４２でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、出力電流を取得し（Ｓ４３）、入力電圧を取得し（Ｓ４４）、スイッチングデバイス１０がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間である導通時間を特定する（Ｓ４５）。制御ユニット３０は、特定した導通時間と基準導通時間との時間差が時間閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ４６）。なお、導通時間と基準導通時間とを比較する場合、導通時間を特定した際に取得した出力電流及び入力電圧と同等の出力電流及び入力電圧に対応する基準導通時間を用いればよい。
【００８９】
時間差が時間閾値より大きい場合（Ｓ４６でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、共振キャパシタのオープン故障と判定し（Ｓ４７）、後述のステップＳ４８の処理を行う。時間差が時間閾値より大きくない場合（Ｓ４６でＮＯ）、制御ユニット３０は、ステップＳ４７の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する（Ｓ４８）。制御ユニット３０は、処理を終了しないと判定した場合（Ｓ４８でＮＯ）、ステップＳ４１以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合（Ｓ４８でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００９０】
（第３実施形態）
第３実施形態では、共振電流の瞬時値に基づいて、前述の所定条件が充足するか否かを判定する方法について説明する。
【００９１】
図１０は第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１４０の構成の一例を示す説明図である。第２実施形態の場合との相違点は、導通時間管理部４０に代えて基準電流管理部４２を備える点である。なお、第２実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
【００９２】
共振電流取得部３９は、共振インダクタ１１に流れる共振電流を取得し、取得した共振電流の値を基準電流管理部４２へ出力する。また、電流取得部３１は、取得した出力電流の値を基準電流管理部４２へ出力し、電圧取得部３８は、取得した入力電圧の値を基準電流管理部４２へ出力する。
【００９３】
基準電流管理部４２は、共振電流取得部３９で取得した共振電流に基づいて、スイッチングデバイス１０をオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を特定する。所定時間経過時点は、例えば、正常時の共振電流の瞬時値と異常時の共振電流の瞬時値との電流差が大きくなる時点とすることができる。なお、所定時間経過時点の特定方法の詳細は後述する。共振電流の基準電流値は、共振キャパシタ１２が正常である場合の電流値である。
【００９４】
共振キャパシタ１２が正常である場合の共振電流ｉは、式（１４）で表すことができる。式（１４）は、式（１）、式（２）、式（５）及び式（６）から求めることができる。
【００９５】
【数３】
2018011432.tif 000005
【００９６】
そして、共振電流の基準電流値ｉｒｅｆは、式（１５）で表すことができる。ここで、Ｔｚはスイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間である。
【００９７】
基準電流管理部４２は、特定した基準電流値を、所定時間経過時点又は当該時点の近傍において取得した出力電流及び入力電圧と関連付けて記憶部４１に記憶する。
【００９８】
記憶部４１は、共振電流の基準電流値を記憶する。また、記憶部４１は、出力電流及び入力電圧と関連付けて基準電流値を記憶することができる。
【００９９】
判定部３６は、スイッチングデバイス１０をオンした時点から所定時間経過時点で共振電流取得部３９が取得する共振電流と記憶部４１に記憶した基準電流値との電流差に基づいて共振キャパシタ１２の異常の有無を判定する。
【０１００】
図１１は共振キャパシタ１２の正常／異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。実線は共振キャパシタ１２が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ１２が異常時の共振電流である。一の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３が異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が変化するので、共振電流の瞬時値も変化する。図１１に示すように、スイッチングデバイス１０をオンした時点から所定時間（図１１の例では、符号Ｔｚ１、Ｔｚ２で示す）経過時点で、共振電流の瞬時値の差（図１１の例では、符号Δｉで示す）が大きくなるので、当該所定時間経過時点で共振電流の瞬時値の差を比較することで共振キャパシタ１２の異常の有無を判定し易くなる。
【０１０１】
上述のように、一の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３が異常（オープン故障）の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、共振電流の瞬時値も変化する。そこで、スイッチングデバイス１０をオンした時点から所定時間経過時点で取得する共振電流と基準電流値との電流差が所定の電流閾値より大きい場合には、共振キャパシタ１２が異常であると判定することができる。
【０１０２】
制御部３７は、判定部３６で共振キャパシタ１２の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス１０のオン／オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３の一部に異常があればＤＣ／ＤＣ変換装置１００のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
【０１０３】
次に、スイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間の特定方法について説明する。共振キャパシタ１２が正常である場合の共振電流ｉは、式（１６）で表すことができる。式（１６）は、式（１４）と同様である。
【０１０４】
【数４】
2018011432.tif 000006
【０１０５】
一の共振キャパシタ（キャパシタンスをＣｄとする）がオープン故障した場合、共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスは、（Ｃ−Ｃｄ）となるので、一の共振キャパシタ（キャパシタンスをＣｄとする）がオープン故障した場合の共振電流ｉ′は、式（１７）で表すことができる。
【０１０６】
式（１６）及び式（１７）から、式（１８）を求めることができる。極値を求めるため時間ｔで式（１８）を微分すると、式（１９）が得られ、式（１９）から式（２０）を求めることができる。極値は、共振キャパシタ１２が正常である場合の共振電流ｉと、一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振電流ｉ′との差が最大値となる場合を意味する。式（２０）を満たすｔは、式（２１）及び式（２２）で導出することができる。すなわち、式（２１）で表すＴｚ１、及び式（２２）で表すＴｚ２が、スイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間ということになる。所定時間は、共振キャパシタ１２が正常である場合の共振電流ｉと、一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振電流ｉ′との差が最大となるタイミングである。なお、Ｔｚ１、Ｔｚ２は、図１１で示すようなタイミングとなる。
【０１０７】
スイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間経過時点は、上述のＴｚ１、Ｔｚ２に限定されるものではない。例えば、所定時間経過時点は、ＺＣＳ成立範囲内の所要の時点とすることができる。
【０１０８】
次に、第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１４０の動作について説明する。図１２及び図１３は第３実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置１４０による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、図１２について説明する。図１２に示す処理は、共振キャパシタ１２が正常である場合に事前に行っておく処理である。すなわち、図１２に示す処理は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１４０の設計段階又は製造段階に行ってもよく、あるいは出荷後の動作時の所定のタイミングで行うようにしてもよい。
【０１０９】
制御ユニット３０は、スイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間経過時点での共振電流を取得し（Ｓ５１）、出力電流を取得し（Ｓ５２）、入力電圧を取得する（Ｓ５３）。制御ユニット３０は、取得した共振電流を、取得した出力電流及び入力電圧と対応付けて、基準電流値として記憶部４１に記憶し（Ｓ５４）、処理を終了する。
【０１１０】
図１３に示す処理は、共振キャパシタ１２の故障を判定する処理である。制御ユニット３０は、スイッチングデバイス１０をオンした時点からの所定時間経過時点での共振電流を取得し（Ｓ６１）、出力電流を取得し（Ｓ６２）、入力電圧を取得する（Ｓ６３）。制御ユニット３０は、取得した共振電流と基準電流値との電流差が電流閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ６４）。なお、共振電流と基準電流値とを比較する場合、共振電流を取得した際に取得した出力電流及び入力電圧と同等の出力電流及び入力電圧に対応する基準電流値を用いればよい。
【０１１１】
電流差が電流閾値より大きい場合（Ｓ６４でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、共振キャパシタのオープン故障と判定し（Ｓ６５）、後述のステップＳ６６の処理を行う。電流差が電流閾値より大きくない場合（Ｓ６４でＮＯ）、制御ユニット３０は、ステップＳ６５の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する（Ｓ６６）。制御ユニット３０は、処理を終了しないと判定した場合（Ｓ６６でＮＯ）、ステップＳ６１以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合（Ｓ６６でＹＥＳ）、処理を終了する。
【０１１２】
次に、共振電流を取得する際の誤差について説明する。誤差は、例えば、共振電流検出部２５での検出誤差であり、共振電流検出部２５として、シャント抵抗を用いる場合には、シャント抵抗の抵抗値のばらつきなどによる検出誤差である。
【０１１３】
共振キャパシタ１２が正常である場合に、スイッチングデバイス１０がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間をＴ０とし、スイッチングデバイス１０がオンした時点から共振電流がゼロから負となり再度ゼロになる時点までの時間（共振電流の共振周期に等しい）をＴｎとすると、時間Ｔ０から時間Ｔｎの間では、共振電流の瞬時値は０又は負となる。
【０１１４】
一方、一の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３がオープン故障すると、共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスが小さくなり、共振電流の共振周期が短くなるので、スイッチングデバイス１０がオンした時点から時間Ｔｎが経過した時点での共振電流の瞬時値は正となるケースが存在する。そこで、所定時間経過時点Ｔｚを、共振キャパシタ１２が正常である場合の所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値が≦０となり、共振キャパシタ１２が異常である場合の所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値が＞０となるように設定することができる。
【０１１５】
図１４は共振キャパシタ１２が正常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。共振電流の誤差をＩｅとし、所定時間経過時点をＴｚとし、共振インダクタ１１のインダクタンスをＬとし、共振電流の交流成分の振幅をＩｒとし、出力電流をＩとした場合、複数の並列接続された共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスＣは、式（２３）を充足する。
【０１１６】
【数５】
2018011432.tif 000007
【０１１７】
式（２３）において、Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}は、共振キャパシタ１２が正常である場合に所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、０≧Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√（Ｌ・Ｃ）}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ１２が正常であると判定することができる。従って、式（２３）を充足すれば、図１４に示すように、共振電流の誤差Ｉｅが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ１２が正常であると判定することができる。
【０１１８】
図１５は共振キャパシタ１２が異常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。複数の並列接続された共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスＣと、一の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３のキャパシタンスＣｄとは、式（２４）を充足する。
【０１１９】
（Ｃ−Ｃｄ）は、複数の共振キャパシタ１２１、１２２、１２３のうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振キャパシタ１２の合成キャパシタンスである。すなわち、式（２４）において、Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}は、一の共振キャパシタがオープン故障した場合に所定時間経過時点Ｔｚでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、０＜Ｉ＋Ｉｒ・ｓｉｎ｛Ｔｚ／√［Ｌ・（Ｃ−Ｃｄ）］}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ１２が異常であると判定することができる。従って、式（２４）を充足すれば、図１５に示すように、共振電流の誤差Ｉｅが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ１２が異常であると判定することができる。
【０１２０】
本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法は、制御ユニット３０を、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などで構成し、図５、図８、図９、図１２及び図１３に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、コンピュータ上でＤＣ／ＤＣ変換装置の異常判定方法を実現することができる。
【０１２１】
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  スイッチングデバイス
１１  共振インダクタ
１２、１２１、１２２、１２３  共振キャパシタ
１３  ダイオード
１４  インダクタ
１５  キャパシタ
２１  電流検出部
２２、２３  温度センサ
２４  電圧取得部
２５  共振電流検出部
３０  制御ユニット
３１  電流取得部
３２  基準温度取得部
３３  デバイス温度取得部
３４  温度特定部
３５、４１  記憶部
３６  判定部
３７  制御部
３８  電圧取得部
３９  共振電流取得部
４０  導通時間管理部
４２  基準電流管理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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