(57)【要約】【課題】出力電圧が変動する直流電源が接続された場合であっても、電圧センサの異常を適切に判定して、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路の昇圧動作を禁止することができるＤＣ/ＤＣコンバータ装置を提供する。【解決手段】ＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によりＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の昇圧動作を制御する制御回路４において、入力電圧センサ２によって検出されたＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の入力電圧と出力電圧センサ３よって検出されたＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の出力電圧との相違に基づいて、入力電圧センサ、出力電圧センサ及び電力変換回路を含む回路に異常が発生したか否かを判定する異常判定部４６と、異常が発生した場合、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の昇圧動作を禁止するための運転/停止判断部４１、運転/停止切替部４２、およびゲートブロック部４５を備えた。【選択図】図１
2011024294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号により電力変換回路の電力変換動作を制御する制御回路であって、
入力電圧センサによって検出された前記電力変換回路の入力電圧と出力電圧センサによって検出された前記電力変換回路の出力電圧との相違に基づいて、前記入力電圧センサ、前記出力電圧センサ及び前記電力変換回路を含む回路に異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、
前記異常が発生した場合、前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する制御禁止手段と、
を備えていることを特徴とする電力変換回路の制御回路。
【請求項２】
前記制御禁止手段は、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段の生成動作を停止させることによって前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する、請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記制御禁止手段は、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段から前記電力変換回路へのＰＷＭ信号の出力を停止することによって前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する、請求項１に記載の制御回路。
【請求項４】
前記異常判定手段は、
前記入力電圧から前記出力電圧を減じて入出力電圧差を算出する入出力電圧差算出手段と、
前記入出力電圧差が所定の電圧差より大きいか否かを判別する判別手段と、
前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合に、前記異常が発生したと判定する判定手段と、
を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御回路。
【請求項５】
前記異常判定手段は、
前記入力電圧と前記ＰＷＭ信号の周期およびオン時間とを用いて所定の演算式により得られる理論出力電圧を算出する理論出力電圧算出手段と、
前記理論出力電圧と前記出力電圧との差の絶対値が所定の閾値より大きいか否かを判別する第２の判別手段と、をさらに備え、
前記判定手段は、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合と前記絶対値が前記所定の閾値より大きい場合のいずれかの場合に前記異常が発生したと判定する、
請求項４に記載の制御回路。
【請求項６】
前記異常判定手段は、
前記入力電圧と前記ＰＷＭ信号の周期およびオン時間とを用いて所定の演算式により得られる理論出力電圧を算出する理論出力電圧算出手段と、
前記理論出力電圧と前記出力電圧との差の絶対値が所定の閾値を超えると、計時を開始し、前記絶対値が前記閾値以下になると、その計時を停止する計時手段と、
前記計時手段により計時される時間が所定の継続時間に達したか否かを判別する第２の判別手段と、をさらに備え、
前記判定手段は、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合と前記計時手段により計時される時間が前記所定の継続時間に達した場合のいずれかの場合に前記異常が発生したと判定する、
請求項４に記載の制御回路。
【請求項７】
前記電力変換回路はＤＣ／ＤＣコンバータ回路である、請求項１ないし６のいずれかに記載の制御回路。
【請求項８】
前記電力変換回路は、整流素子と、前記整流素子に逆並列接続されたスイッチング素子と、出力端に並列接続されたコンデンサと、を備えているＡＣ／ＤＣコンバータ回路である、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御回路。
【請求項９】
前記電力変換回路と、請求項１ないし８のいずれかに記載の制御回路とを備えている電力変換装置。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１ないし８のいずれかに記載の制御回路として機能させるためのプログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路の制御回路、この制御回路を備えた電力変換装置、この制御回路を実現するためのプログラム、および、このプログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などの直流電源から入力される直流電圧を昇圧し、一定の電圧に制御して負荷に出力するＤＣ/ＤＣコンバータ装置が開発されている。
【０００３】
ＤＣ/ＤＣコンバータ装置においては、出力側に設けられた出力電圧センサによって出力電圧が検出され、検出された出力電圧が目標電圧となるように制御されている。また、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置においては、負荷に過電圧が出力されないように、検出された出力電圧が異常電圧となった場合に運転を停止するための手段が設けられている。
【０００４】
出力電圧センサにより検出された電圧に基づいて運転停止の判断を行なうためには、出力電圧センサが正常であることが前提となる。すなわち、出力電圧センサが異常の場合、検出された出力電圧が正しい電圧を示していないので、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置から正常に電圧が出力されていてもその出力電圧が異常と判定されて運転が停止される場合がある。また、逆に、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置の出力電圧が異常であっても、異常と判定されずに運転が継続され、負荷に過電圧が出力される場合もある。また、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置は、出力電圧が目標電圧となるように制御を行うので、出力電圧センサが異常の場合、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置の出力電圧が目標電圧に達しているにもかかわらずその出力電圧を上昇させるように制御する場合がある。この場合、負荷に過電圧が出力されることになる。
【０００５】
特許文献１（特開平８−１１６６６４号公報）には、正常にＤＣ/ＤＣコンバータ装置が起動するときの出力電圧の時間変化特性の範囲（以下、「正常範囲」とする。）を予め記憶しておき、検出された出力電圧の時間変化が当該正常範囲を逸脱した場合に異常があると判定して動作を停止するＤＣ/ＤＣコンバータ装置が記載されている。このＤＣ/ＤＣコンバータ装置においては、電圧センサの異常によっても出力電圧の時間変化が正常範囲を逸脱するので、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置の異常だけでなく電圧センサの異常も検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１１６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このＤＣ/ＤＣコンバータ装置は直流電源から一定の電圧が入力される場合を前提としているので、日射強度の変動により出力電圧が変動する太陽電池などの直流電源が接続される場合には、適用することができない。すなわち、入力される直流電圧が変動すると、制御の遅れによって出力される電圧も変動するので、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置が正常に動作していても、出力電圧が正常範囲を逸脱する状態が生じて、動作を停止するという誤動作が発生することがある。従って、このＤＣ/ＤＣコンバータ装置では、日射強度の変動に基づく直流電源の出力電圧の変動に応じて正常範囲も変化させる必要が生じるが、日射強度の変動は不規則であるので、正常範囲を決定することができない。このような問題は、太陽電池に限らず出力電圧が変動する要因を有する直流電源を用いると、同様に生じる。
【０００８】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、出力電圧が変動する直流電源が接続された場合であっても、電圧センサの異常を適切に判定することができるＤＣ/ＤＣコンバータ装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明の第１の側面によって提供される制御回路は、ＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号により電力変換回路の電力変換動作を制御する制御回路であって、入力電圧センサによって検出された前記電力変換回路の入力電圧と出力電圧センサによって検出された前記電力変換回路の出力電圧との相違に基づいて、前記入力電圧センサ、前記出力電圧センサ及び前記電力変換回路を含む回路に異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、前記異常が発生した場合、前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する制御禁止手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、前記検出された入力電圧と出力電圧との相違に基づいて異常の発生が判定され、異常が発生した場合は前記電力変換回路の電力変換動作が禁止される。これにより、前記入力電圧センサまたは出力電圧センサに異常がある場合に、前記電力変換回路が起動されたり、運転が継続されたりすることにより、負荷に過電圧が出力されることを防ぐことができる。
【００１２】
また、前記異常判定は、前記検出された入力電圧と出力電圧との比較により行なわれるので、出力電圧の変動する直流電源が接続されて、前記電力変換回路の入力電圧が変動する場合でも、異常を適切に判定することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御禁止手段は、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段の生成動作を停止させることによって前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御禁止手段は、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段から前記電力変換回路へのＰＷＭ信号の出力を停止することによって前記電力変換回路の電力変換動作を禁止する。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記異常判定手段は、前記入力電圧から前記出力電圧を減じて入出力電圧差を算出する入出力電圧差算出手段と、前記入出力電圧差が所定の電圧差より大きいか否かを判別する判別手段と、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合に、前記異常が発生したと判定する判定手段と、を含む。
【００１６】
この構成によると、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合に異常と判定される。前記電力変換回路の入力電圧は出力電圧以下となるはずなので、前記検出された入力電圧が前記検出された出力電圧より大きい場合は、前記出力電圧センサ等に異常があると考えられる。したがって、前記入出力電圧差がゼロ以上の前記所定の電圧差より大きい場合に異常と判定することができる。なお、前記入出力電圧差を前記所定の電圧差と比較することにより、前記入力電圧センサおよび出力電圧センサの検出誤差による異常の誤検出を抑制することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記異常判定手段は、前記入力電圧と前記ＰＷＭ信号の周期およびオン時間とを用いて所定の演算式により得られる理論出力電圧を算出する理論出力電圧算出手段と、前記理論出力電圧と前記出力電圧との差の絶対値が所定の閾値より大きいか否かを判別する第２の判別手段と、をさらに備え、前記判定手段は、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合と前記絶対値が前記所定の閾値より大きい場合のいずれかの場合に前記異常が発生したと判定する。
【００１８】
この構成によると、前記理論出力電圧と前記出力電圧とが前記所定の閾値以上離れている場合にも、異常と判定される。前記理論出力電圧と前記出力電圧とは近い値となるはずなので、前記所定の閾値以上離れている場合は、異常があると考えられる。したがって、前記理論出力電圧と前記出力電圧とが前記所定の閾値以上離れている場合に異常と判定することができる。なお、前記ＰＷＭ信号のオン時間とは、前記ＰＷＭ信号のオン状態（当該ＰＷＭ信号を入力される前記電力変換回路のスイッチング素子をオンとする状態）の継続時間である。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記異常判定手段は、前記入力電圧と前記ＰＷＭ信号の周期およびオン時間とを用いて所定の演算式により得られる理論出力電圧を算出する理論出力電圧算出手段と、前記理論出力電圧と前記出力電圧との差の絶対値が所定の閾値を超えると、計時を開始し、前記絶対値が前記閾値以下になると、その計時を停止する計時手段と、前記計時手段により計時される時間が所定の継続時間に達したか否かを判別する第２の判別手段と、をさらに備え、前記判定手段は、前記入出力電圧差が前記所定の電圧差より大きい場合と前記計時手段により計時される時間が前記所定の継続時間に達した場合のいずれかの場合に前記異常が発生したと判定する。
【００２０】
この構成によると、前記理論出力電圧と前記出力電圧とが前記所定の閾値以上離れている状態の継続時間が計時されて、前記所定の継続時間に達した場合に異常と判定される。したがって、前記電力変換回路の入力電圧または出力電圧の変動による異常の誤検出を抑制することができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力変換回路はＤＣ／ＤＣコンバータ回路である。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力変換回路は、整流素子と、前記整流素子に逆並列接続されたスイッチング素子と、出力端に並列接続されたコンデンサと、を備えているＡＣ／ＤＣコンバータ回路である。
【００２３】
本発明の第２の側面によって提供される電力変換装置は、前記電力変換回路と、本発明の第１の側面によって提供される制御回路とを備えている。
【００２４】
本発明の第３の側面によって提供されるプログラムは、コンピュータを、本発明の第１の側面によって提供される制御回路として機能させる。
【００２５】
本発明の第４の側面によって提供される記録媒体は、本発明の第３の側面によって提供されるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００２６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＣ/ＤＣコンバータ装置を説明するための図である。
【図２】図１に示すＤＣ/ＤＣコンバータ装置内のＤＣ／ＤＣコンバータ、入力電圧センサ、および出力電圧センサの部分の回路構成を主要な回路要素の等価回路によって表した回路図である。
【図３】運転／停止判断部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】異常判定部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＡＣ/ＤＣコンバータ装置を説明するための図である。
【図６】ＡＣ/ＤＣコンバータ回路の内部構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路をＤＣ/ＤＣコンバータ装置に用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＣ/ＤＣコンバータ装置を説明するための図である。図２は、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａ内のＤＣ／ＤＣコンバータ回路１、入力電圧センサ２、および出力電圧センサ３の部分の回路構成を主要な回路要素の等価回路によって表した回路図である。
【００３０】
ＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａは、直流電源Ｂから入力される直流電圧を昇圧し、一定の電圧に制御して負荷Ｃに出力するものである。直流電源Ｂは、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａに直流電圧を出力するものであり、例えば、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源Ｂは、生成された直流電力をＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａに出力する。なお、直流電源Ｂは、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源Ｂは、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。
【００３１】
図１に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａは、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１、入力電圧センサ２、出力電圧センサ３、および制御回路４を備えている。
【００３２】
入力電圧センサ２は、直流電源ＢからＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に入力される入力電圧を検出するものである。入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiは、入力電圧信号として制御回路４に出力される。出力電圧センサ３は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１から負荷Ｃに出力される出力電圧を検出するものである。出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoは、出力電圧信号として制御回路４に出力される。
【００３３】
ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、いわゆる昇圧形コンバータ回路であり、直流電源Ｂから入力される入力電圧をあらかじめ設定された電圧に昇圧して、負荷Ｃに出力するものである。図２のＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、本実施形態におけるＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の回路構成を示している。図２に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、スイッチング素子としてのトランジスタＳ１、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１、およびコンデンサＣ１を備えている。なお、スイッチング素子は、トランジスタに限定されるものではなく、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯなどであってもよい。ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、入力端子と出力端子との間にリアクトルＬ１とダイオードＤ１とを直列に接続し、その接続点にトランジスタＳ１を並列に接続し、出力端子側にコンデンサＣ１を並列に接続した構成となっている。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の回路構成はこれに限られず、周知の昇圧形コンバータであればよい。
【００３４】
トランジスタＳ１は、制御回路４から入力されるＰＷＭ信号がオン状態（例えば、ハイレベル）となっているオン期間にベース電圧が印加されることによりオンとされ、ＰＷＭ信号がオフ状態（例えば、ローレベル）となっているオフ期間にベース電圧が印加されないことによりオフとされる。すなわち、入力されるＰＷＭ信号によって、オンとオフとが切り替えられる。トランジスタＳ１がオンの期間には、直流電源Ｂから入力される電力がリアクトルＬ１に電磁エネルギーとして蓄積される。トランジスタＳ１がオフの期間には、リアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギーがダイオードＤ１を介して放出される。このとき、放出される電磁エネルギーによるリアクトル電圧が直流電源Ｂから入力される直流電圧Ｖiに重畳される。トランジスタＳ１のオンとオフとの切り替えにより、リアクトルＬ１への電磁エネルギーの蓄積とリアクトルＬ１からの電磁エネルギーの放出とが交互に繰り返される。
【００３５】
リアクトルＬ１へ蓄積される電磁エネルギーとリアクトルＬ１から放出される電磁エネルギーとが等しくなることから、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の理論上の出力電圧Ｖo’は、入力電圧がＶi、ＰＷＭ信号の周期をＴ、オン状態の継続時間（以下、「オン時間」とする。）をＴonとすると、
Ｖo’＝Ｖi／｛１−（Ｔon／Ｔ）｝  ・・・・・（１）
の演算式により算出することができる。（Ｔon／Ｔ）は「０」から「１」までの値となるので、理論上の出力電圧Ｖo’は、入力電圧Ｖi以上の電圧となり、直流電源Ｂから入力される入力電圧を昇圧した電圧となる。
【００３６】
制御回路４からＰＷＭ信号が入力されない（すなわち、入力される信号が常にオフである）場合、トランジスタＳ１が常にオフの状態となる。この場合、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、停止状態となって、昇圧動作を行わない。ＰＷＭ信号が入力されないというのは、オン時間Ｔonが「０」のＰＷＭ信号が入力されていると考えることもできる。したがって、上記（１）式において、Ｔon＝０とすると、Ｖo’＝Ｖiとなり、理論上の出力電圧Ｖo’が入力電圧Ｖiと一致することになる。
【００３７】
制御回路４は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の出力電圧が出力電圧設定値Ｖo*（負荷Ｃに出力する電圧としてあらかじめ設定された電圧値）となるように、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１を制御するためのＰＷＭ信号を生成するものである。制御回路４は、入力電圧センサ２および出力電圧センサ３からそれぞれ入力電圧信号Ｖiおよび出力電圧信号Ｖoを入力され、生成したＰＷＭ信号をＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に出力する。また、制御回路４は、出力電圧センサ３等の異常を検出して、ＰＷＭ信号の出力を停止するための構成を有している。
【００３８】
制御回路４は、運転／停止判断部４１、運転／停止切替部４２、電圧制御部４３、ＰＷＭ信号生成部４４、ゲートブロック部４５、および異常判定部４６を備えている。
【００３９】
運転／停止判断部４１は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１を運転するか停止するかを判断するものである。運転／停止判断部４１は、入力電圧センサ２より出力される入力電圧信号Ｖiから起動電圧設定値Ｖi*（入力電圧がこれを超えた場合にＤＣ/ＤＣコンバータ回路１を起動させるために、あらかじめ設定された判定基準となる電圧値）を減じた差電圧信号ΔＶiと、異常判定部４６からの異常判定信号とを入力され、運転／停止切替部４２に運転／停止信号を出力する。なお、本実施形態では、異常判定部４６は、異常判定信号として、異常がないと判定している間はローレベルの信号を出力し、異常があると判定した場合にハイレベルの信号（異常検出信号）に切り替えて出力するようにしているが、これに限られない。例えば、異常があると判定したときに、検出パルスを出力するようにしてもよい。また、本実施形態では、運転信号をハイレベルの信号、停止信号をローレベルの信号としているが、これに限られない。
【００４０】
図３は、運転／停止判断部４１の処理を説明するためのフローチャートである。まず、差電圧信号ΔＶiが「０」より大きいか否か、すなわち、入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*を上回っているか否かが判別される（Ｓ１）。差電圧信号ΔＶiが「０」より大きい場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、異常判定信号が異常ありを示す異常検出信号であるか否かが判別される（Ｓ２）。異常判定信号が異常検出信号でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、運転信号が運転／停止切替部４２に出力される（Ｓ３）。
【００４１】
ステップＳ１において差電圧信号ΔＶiが「０」以下の場合（Ｓ１：ＮＯ）、または、ステップＳ２において異常判定信号が異常検出信号である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、停止信号が運転／停止切替部４２に出力される（Ｓ４）。
【００４２】
すなわち、運転／停止判断部４１は、入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*を上回っている場合、運転信号を出力するが、異常判定部４６で異常と判定されて異常検出信号が入力されたときには、運転信号を停止信号に切り替える。また、運転／停止判断部４１は、入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*以下の場合、異常判定信号に関係なく、停止信号を出力する。
【００４３】
運転／停止切替部４２は、運転／停止判断部４１から入力される運転／停止信号に応じて、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の出力電圧の目標値を切り替えることで、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転／停止を切り替えるものである。運転／停止切替部４２は、運転／停止判断部４１から入力される信号が停止信号から運転信号に切り替えられた場合、目標値を「０」からあらかじめ設定されている出力電圧設定値Ｖo*に切り替える。制御回路４は、出力電圧を出力電圧設定値Ｖo*とするためのＰＷＭ信号を生成して出力する。これにより、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が起動されて運転状態となる。運転／停止判断部４１から運転信号が入力されている間は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転状態が継続する。
【００４４】
一方、運転／停止判断部４１から入力される信号が運転信号から停止信号に切り替えられた場合、運転／停止切替部４２は、目標値を出力電圧設定値Ｖo*から「０」に切り替える。制御回路４は、出力電圧が「０」になるように出力電圧の制御を開始し、ＰＷＭ信号を生成して出力する。出力電圧は出力電圧制御の応答速度に応じて小さくなり、ＰＷＭ信号のオン時間も徐々に短くなる。最終的に、ＰＷＭ信号のオン時間が「０」となり、出力電圧が入力電圧と一致する状態となる。すなわち、ＰＷＭ信号が常にオフの信号となって（ＰＷＭ信号が停止されて）、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が停止状態となる。運転／停止判断部４１から停止信号が入力されている間は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の停止状態が継続する。
【００４５】
運転／停止切替部４２は、目標値を出力電圧設定値Ｖo*と「０」との間で切り替えて、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転状態と停止状態とを徐々に切り替えることにより、突然切り替えることによる不都合を回避するようにしている。また、ゲートブロック部４５がＰＷＭ信号を遮断した場合に出力電圧の目標値を出力電圧設定値Ｖo*のままにしておくと、電圧制御部４３は、ＰＷＭ信号の遮断によって下がった出力電圧を出力電圧設定値Ｖo*に維持しようとして、ＰＷＭ信号生成部４４への指令値を上昇させ続ける。その状態でゲートブロック部４５がＰＷＭ信号の遮断を解除すると、その上昇状態の指令値相当のＰＷＭ信号がＤＣ／ＤＣコンバータ回路１に供給されることになり、出力電圧が跳ね上がってしまうという不都合が発生する。したがって、運転／停止切替部４２は、ゲートブロック部４５によるＰＷＭ信号の遮断と解除に合わせて、目標値の切り替えを行う。
【００４６】
電圧制御部４３は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の出力電圧を目標値にフィードバック制御するためのものである。電圧制御部４３は、出力電圧センサ３から出力される出力電圧信号Ｖoと運転／停止切替部４２から出力される目標値との偏差を入力され、当該偏差を「０」とするための補正値を指令値信号としてＰＷＭ信号生成部４４に出力する。
【００４７】
ＰＷＭ信号生成部４４は、電圧制御部４３から入力される指令値信号と生成したキャリア信号とに基づいて、ＰＷＭ信号を生成して出力するものである。キャリア信号は、所定の周波数の三角波信号として生成される。ＰＷＭ信号生成部４４は、例えば、指令値信号がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、指令値信号がキャリア信号より小さい場合にローレベルとなるパルス信号をＰＷＭ信号として生成する。
【００４８】
ゲートブロック部４５は、異常判定部４６から入力される信号に基づいて、ＰＷＭ信号生成部４４からＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に入力されるＰＷＭ信号を遮断するものである。ゲートブロック部４５は、異常判定部４６からゲートブロック信号を入力されていない場合は、ＰＷＭ信号生成部４４から入力されるＰＷＭ信号をＤＣ/ＤＣコンバータ回路１にそのまま出力する。一方、異常判定部４６からゲートブロック信号を入力されている場合は、ＰＷＭ信号生成部４４から入力されるＰＷＭ信号ではなく、常にオフとなる信号をＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に出力する。なお、本実施形態では、異常判定部４６は、異常がないと判定している間はゲートブロック部４５にローレベルの信号を出力し、異常があると判定した場合にハイレベルの信号（ゲートブロック信号）を出力するようにしているが、これに限られない。
【００４９】
異常判定部４６は、出力電圧センサ３等の異常を判定するものである。異常判定部４６は、出力電圧センサ３等に異常があると判定した場合、ゲートブロック部４５にゲートブロック信号を出力し、運転／停止判断部４１に異常検出信号を出力する。
【００５０】
異常判定部４６は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が起動する前（停止状態のとき）は、入力電圧センサ２から入力される入力電圧信号Ｖiおよび出力電圧センサ３から入力される出力電圧信号Ｖoに基づいて、出力電圧センサ３等の異常を判定する。
【００５１】
図２に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、入力端子と出力端子との間にダイオードＤ１が接続された構成となっている。ダイオードＤ１のアノード端子はリアクトルＬ１を介して入力端子に接続され、カソード端子は出力端子に接続されている。ダイオードＤ１は、アノード側からカソード側にのみ電流を流すので、ＰＷＭ信号が入力されずトランジスタＳ１がオフ状態を継続している場合、アノード側の電圧（入力電圧）はカソード側の電圧（出力電圧）より高くならない。したがって、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiと出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoとは、Ｖi≦Ｖoの関係が成立するはずである。したがって、
Ｖi−Ｖo＞０  ・・・・・（２）
を満たす場合、出力電圧センサ３等に異常があると考えられる。
【００５２】
しかし、各センサに検出誤差が生じることがある。したがって、上記（２）式に基づいて異常を判定した場合、各センサの検出値が正常であっても、検出誤差により異常を誤判定してしまう可能性がある。異常の誤検出によりＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が停止されることを防ぐために、本実施形態では、各センサの検出誤差の最大値を考慮して、異常の判定を行っている。
【００５３】
入力電圧センサ２の検出誤差を±ΔＶiとすると、実際の入力電圧はＶi−ΔＶiからＶi＋ΔＶiまでのいずれかの値であり、出力電圧センサ３の検出誤差を±ΔＶoとすると、実際の出力電圧はＶo−ΔＶoからＶo＋ΔＶoまでのいずれかの値となる。検出誤差による異常の誤判定を完全に排除するためには、実際の入力電圧の取りうる最小値（Ｖi−ΔＶi）が実際の出力電圧の取りうる最大値（Ｖo＋ΔＶo）より大きいことを判定条件とする必要がある。したがって、
（Ｖi−ΔＶi）−（Ｖo＋ΔＶo）＞０
すなわち、
Ｖi−Ｖo＞ΔＶi＋ΔＶo        ・・・・・（３）
を満たすか否かで異常を判定する必要がある。
【００５４】
異常判定部４６は、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiと出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoとが、
Ｖi−Ｖo＞Ｖref1（０≦Ｖref1≦ΔＶi＋ΔＶo）  ・・・・・（４）
を満たす状態が所定時間（例えば、数ミリ秒）継続した場合、出力電圧センサ３等に異常があると判定する。Ｖref1が小さすぎると誤検出の可能性が高くなるが、大きすぎると判定の精度が悪くなる。本実施形態では、Ｖref1を入力定格電圧の数％の値としているが、これに限られない。また、各センサの検出誤差が無視できる場合は、上記（２）式を判定の基準式としてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、入力電圧が変動した場合や、負荷変動によって出力電圧が変動した場合に、瞬間的に上記（４）式を満たしてしまうことによる誤判定を排除するために、上記（４）式の状態の所定時間の継続を条件としているが、上記（４）式を満たした場合すぐに異常と判定するようにしてもよい。
【００５６】
異常判定部４６は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が起動した後（運転状態のとき）は、入力電圧センサ２から入力される入力電圧信号Ｖi、出力電圧センサ３から入力される出力電圧信号Ｖo、および、ゲートブロック部４５から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、出力電圧センサ３等の異常を判定する。
【００５７】
ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が運転状態のとき、異常判定部４６にはＰＷＭ信号が入力されている。異常判定部４６は、当該ＰＷＭ信号の周期Ｔとオン時間Ｔonとを計時し、これらと入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiとから上記（１）式により理論上の出力電圧Ｖo’を算出する。そして、算出された理論上の出力電圧Ｖo’と出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoとが、
｜Ｖo−Ｖo’｜＞Ｖref2  ・・・・・（５）
を満たす状態が所定時間（例えば、数秒）継続した場合、出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoが理論上の出力電圧Ｖo’と大きく異なっているので、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１、入力電圧センサ２、出力電圧センサ３、制御回路４のいずれかに異常があると判定する。なお、Ｖref2は、あらかじめ設定された閾値であり、本実施形態では、入力定格電圧の数％の値としているが、これに限られない。
【００５８】
また、本実施形態では、入力電圧が変動した場合や、負荷変動によって出力電圧が変動した場合に、瞬間的に上記（５）式を満たしてしまうことによる誤判定を排除するために、上記（５）式の状態の所定時間の継続を条件としているが、上記（５）式を満たした場合すぐに異常と判定するようにしてもよい。
【００５９】
図４は、異常判定部４６の処理を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
まず、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が運転状態か否か、すなわち、ゲートブロック部から異常判定部４６に入力される信号がＰＷＭ信号であるか否か（オン期間があるか否か）が判別される（Ｓ１１）。入力される信号がＰＷＭ信号ではなく、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が停止状態であると判別される場合（Ｓ１１：ＮＯ）、上記（４）式を満たすか否かが判別される（Ｓ１２）。
【００６１】
上記（４）式を満たす場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、その状態を継続している時間が所定時間を経過したか否かが判別される（Ｓ１３）。所定時間を経過していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）は、ステップＳ１２に戻る。所定時間を経過した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）は、異常であると判定されて、ゲートブロック部４５にゲートブロック信号が出力され、運転／停止判断部４１に異常検出信号が出力され（Ｓ１４）、処理が終了される。
【００６２】
ステップＳ１２において、上記（４）式を満たさない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。このとき、上記（４）式を満たす状態を継続している時間のカウンタはゼロに戻される。
【００６３】
ステップＳ１１において、入力される信号がＰＷＭ信号であり、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が運転状態であると判別される場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号の周期Ｔとオン時間Ｔonとを計時して上記（１）式により理論上の出力電圧Ｖo’を算出する（Ｓ１５）。次に、上記（５）式を満たすか否かが判別される（Ｓ１６）。
【００６４】
上記（５）式を満たす場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、その状態を継続している時間が所定時間を経過したか否かが判別される（Ｓ１７）。所定時間を経過していない場合（Ｓ１７：ＮＯ）は、ステップＳ１５に戻る。所定時間を経過した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）は、異常であると判定されて、ゲートブロック部４５にゲートブロック信号が出力され、運転／停止判断部４１に異常検出信号が出力され（Ｓ１４）、処理が終了される。
【００６５】
ステップＳ１６において、上記（５）式を満たさない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。このとき、上記（５）式を満たす状態を継続している時間のカウンタはゼロに戻される。
【００６６】
なお、本実施形態では、異常判定部４６は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の停止状態での異常判定と、運転状態での異常判定を行っているが、これに限られず、いずれか一方の異常判定のみを行うようにしてもよい。ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、昇圧形コンバータ回路なので、運転状態でもＶi≦Ｖoの関係が成立するはずである。したがって、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が運転状態であるか停止状態であるかにかかわらず、上記停止状態での異常判定（上記（４）式を用いる異常判定）のみを行うようにしてもよい。
【００６７】
また、異常判定部４６は、異常と判定した場合に、ゲートブロック信号と異常検出信号の両方を出力しているが、これに限られず、いずれか一方の信号のみを出力するようにしてもよい。
【００６８】
なお、制御回路４は、アナログ回路として実現してもよいし、デジタル回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路４として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。
【００６９】
次に、制御回路４の動作について説明する。
【００７０】
ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の停止状態において、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*以下の場合、運転／停止判断部４１は運転／停止切替部４２に停止信号を出力する（図３において、Ｓ１：ＮＯよりＳ４）。運転／停止切替部４２は目標値を「０」のままとするので、ＰＷＭ信号生成部４４はオフ期間が継続する信号を出力する。したがって、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は停止状態を継続する。
【００７１】
このとき、異常判定部４６は、上記（４）式により異常判定を行う（図４におけるＳ１２およびＳ１３）。異常と判定した場合、ゲートブロック部４５にゲートブロック信号を出力し、運転／停止判断部４１に異常検出信号を出力する（Ｓ１４）。したがって、直流電源Ｂからの入力電圧が増加し、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*を超えた場合（図３において、Ｓ１：ＹＥＳ）でも、運転／停止判断部４１は運転／停止切替部４２に停止信号を出力する（図３において、Ｓ２：ＹＥＳよりＳ４）。また、ゲートブロック部４５がＰＷＭ信号の出力を遮断する。これにより、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の起動が阻止される。
【００７２】
異常判定部４６が異常と判定しない場合、入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*を超えると、運転／停止判断部４１は運転／停止切替部４２に運転信号を出力する（図３において、Ｓ２：ＮＯよりＳ３）。運転／停止切替部４２が目標値を出力電圧設定値Ｖo*に切り替えることにより、ＰＷＭ信号生成部４４はＰＷＭ信号をＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に出力する。これにより、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は起動されて運転状態となる。
【００７３】
ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転状態において、異常判定部４６は、上記（５）式により異常判定を行う（図４におけるＳ１６およびＳ１７）。異常と判定した場合、ゲートブロック部４５にゲートブロック信号を出力し、運転／停止判断部４１に異常検出信号を出力する（Ｓ１４）。これにより、運転／停止判断部４１は運転／停止切替部４２に停止信号を出力する（図３において、Ｓ２：ＹＥＳよりＳ４）。運転／停止切替部４２が目標値を「０」に切り替えることにより、電圧制御部４３が出力電圧を「０」にする制御を開始するため、ＰＷＭ信号生成部４４が出力するＰＷＭ信号のオン期間が徐々に短くなり、オフ期間が継続する信号となる。また、ＰＷＭ信号生成部４４が出力するＰＷＭ信号は、ゲートブロック部４５で遮断されるので、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に出力されない。したがって、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は停止状態となる。
【００７４】
異常判定部４６が異常と判定しない場合、運転／停止判断部４１の運転信号の出力は継続され（図３において、Ｓ２：ＮＯよりＳ３）、ＰＷＭ信号が出力されるので、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は運転状態を継続する。一方、直流電源Ｂからの入力電圧が減少し、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiが起動電圧設定値Ｖi*以下となった場合、運転／停止判断部４１は運転／停止切替部４２に停止信号を出力する（図３において、Ｓ１：ＮＯよりＳ４）。運転／停止切替部４２が目標値を「０」に切り替えることにより、電圧制御部４３が出力電圧を「０」にする制御を開始するため、ＰＷＭ信号生成部４４が出力するＰＷＭ信号のオン期間が徐々に短くなり、オフ期間が継続する信号となる。これにより、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１は、運転状態から停止状態に移行する。
【００７５】
次に、制御回路４の作用について説明する。
【００７６】
本実施形態においては、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の停止状態において電圧センサの異常判定が行われ、異常と判定された場合には起動が阻止される。したがって、電圧センサに異常がある場合に、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１が起動されて、負荷に過電圧が出力されることを防ぐことができる。
【００７７】
また、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の停止状態での電圧センサの異常判定は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の入力電圧と出力電圧との比較により行なわれるので、出力電圧の変動する直流電源Ｂが接続されて、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の入力電圧が変動する場合でも、異常を適切に判定することができる。
【００７８】
また、電圧センサの異常判定における判定条件式にセンサの検出誤差を考慮しており、判定条件式に該当する状態が所定時間継続することを異常と判定するための条件としているので、異常の誤判定を削減することができる。
【００７９】
また、本実施形態においては、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転状態においても異常判定が行われ、異常と判定された場合には運転が停止される。したがって、異常がある場合に、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転が継続されて、負荷に過電圧が出力されることを防ぐことができる。
【００８０】
また、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の運転状態での異常判定は、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の入力電圧を用いて行なわれるので、出力電圧の変動する直流電源Ｂが接続されて、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１の入力電圧が変動する場合でも、異常を適切に判定することができる。
【００８１】
また、運転状態での異常判定において、判定条件式に該当する状態が所定時間継続することを異常と判定するための条件としているので、異常の誤判定を低減することができる。
【００８２】
なお、上記第１実施形態では、本発明に係る制御回路をＤＣ/ＤＣコンバータ装置に用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明に係る制御回路における起動前の異常判定方法(上記（４）式を用いる異常判定方法)は、ＡＣ/ＤＣコンバータ装置などの電力変換装置にも用いることができる。
【００８３】
図５は、本発明の第２実施形態に係るＡＣ/ＤＣコンバータ装置を説明するための図である。同図において、図１に示すＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００８４】
ＡＣ/ＤＣコンバータ装置Ａ’は、直流電源Ｂに代えて交流電源Ｂ’に接続されている点、ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１に代えてＡＣ/ＤＣコンバータ回路５を備えている点、入力側にフィルタ回路６を備えている点で、ＤＣ/ＤＣコンバータ装置Ａと異なる。なお、制御回路４の内部構成は、図１の制御回路４と基本構成が同じであるので、その記載を省略している。
【００８５】
フィルタ回路６は、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５から出力されるスイッチングによる高調波成分を除去するものである。フィルタ回路６は、リアクトルとコンデンサからなるローパスフィルタを備えており、基本波成分のみを通過させ、交流電源Ｂ’への高調波成分の流出を防止する。なお、フィルタ回路６の構成はこれに限定されず、高周波成分および高調波成分を除去するための周知のフィルタ回路であればよい。ＡＣ/ＤＣコンバータ５は、交流電源Ｂ’から入力される交流電圧をあらかじめ設定された直流電圧に変換して、負荷Ｃに出力するものである。
【００８６】
図６は、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５の内部構成の一例を説明するための図である。
【００８７】
図６に示すように、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５は、４つの整流素子としてのダイオードＤ２によって構成されているダイオードブリッジと、これに並列接続されたコンデンサＣ２とを備えている。ダイオードブリッジの各ダイオードＤ２には、それぞれスイッチング素子としてのトランジスタＳ２が逆並列に接続されている。なお、スイッチング素子は、トランジスタに限定されるものではなく、ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯなどであってもよい。また、ダイオードブリッジは、入力される交流電源Ｂ’が三相交流の場合、６つのダイオードＤ２によって構成されるダイオードブリッジとなる。
【００８８】
ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５は、交流電源Ｂ’から入力される交流電圧をダイオードブリッジによって直流電圧に変換し、コンデンサＣ２で平滑化して出力する。また、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５は、制御回路４から入力されるＰＷＭ信号に応じてトランジスタＳ２のオンとオフとを切り替えることにより、出力電圧を調節する。
【００８９】
ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５の停止状態においてはＰＷＭ信号が入力されないので、トランジスタＳ２は常にオフの状態となる。このとき、ダイオードブリッジから出力される電圧は、入力された交流電圧を整流しただけのものとなる。また、コンデンサＣ２が並列接続されていることにより、負荷Ｃへ供給される出力電圧は、ダイオードブリッジから出力される電圧より小さくなることはない。よって、負荷Ｃへ供給される出力電圧は、交流電源Ｂ’から入力される入力電圧より小さくなることはない。したがって、入力電圧センサ２で検出された入力電圧Ｖiと出力電圧センサ３で検出された出力電圧Ｖoとは、Ｖi≦Ｖoの関係が成立するはずである。したがって、上記（４）式を用いて出力電圧センサ３等の異常を判定することができる。
【００９０】
したがって、本実施形態においても、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路５の停止状態において、電圧センサ等の異常判定が行われ、異常と判定された場合には起動が阻止されるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００９１】
なお、上記第２実施形態は、ダイオードブリッジを用いたＡＣ/ＤＣコンバータ回路の場合について説明したが、これに限られない。整流素子を備え、当該整流素子に逆並列に接続されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＡＣ/ＤＣコンバータ回路であれば、本発明を適用することができる。また、全波整流回路に限定されず、半波整流回路であってもよい。
【００９２】
本発明に係る電力変換回路の制御回路、および、この制御回路を備えた電力変換装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電力変換回路の制御回路、および、この制御回路を備えた電力変換装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００９３】
Ａ  ＤＣ/ＤＣコンバータ装置
Ａ’  ＡＣ／ＤＣコンバータ装置
Ｂ  直流電源
Ｂ’  交流電源
Ｃ  負荷
１  ＤＣ/ＤＣコンバータ回路
２  入力電圧センサ
３  出力電圧センサ
４  制御回路
４１  運転／停止判断部（制御禁止手段）
４２  運転／停止切替部（制御禁止手段）
４３  電圧制御部
４４  ＰＷＭ信号生成部
４５  ゲートブロック部（制御禁止手段）
４６  異常判定部（異常判定手段、入出力電圧差算出手段、判別手段、判定手段、理論出力電圧算出手段、第２の判別手段、計時手段）
５  ＡＣ／ＤＣコンバータ回路
６  フィルタ回路
【図１】
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【図２】
2011024294.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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