(57)【要約】【課題】昇圧コンバータにおいて、出力コンデンサの静電容量測定時の電流を低減する。【解決手段】第１，第２スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオンオフ動作によって第１出力コンデンサＣ１の電圧を所定の電圧指令値Ｖrefに昇圧する。その後、第２スイッチング素子Ｓ２をオフし、第１スイッチング素子Ｓ１を所定時間Ｔonだけオンさせる。電圧指令値Ｖrefと直流電圧源電圧Ｖinと所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧Ｖaftに基づいて、第１出力コンデンサＣ１の静電容量値Ｃを算出する。【選択図】図１
2019140857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、
前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータ。
【数６】
2019140857.tif 000018
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
【請求項２】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、
前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータ。
【数６】
2019140857.tif 000019
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
【請求項３】
前記所定時間は、以下の（７）式であることを特徴とする請求項１または２記載の昇圧コンバータ。
【数７】
2019140857.tif 000020
Ｌ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定したリアクトルのインダクタンス値
Ｃ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第１出力コンデンサの静電容量値
ｋ：１未満の係数
【請求項４】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第３スイッチング素子と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続された第４スイッチング素子と、
前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、
前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１、第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、
前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続され、
前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１、第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、
前記遮断手段によって前記第１、第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータ。
【数８】
2019140857.tif 000021
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
【請求項５】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第３スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第４スイッチング素子と、
前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、
前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、
前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続され、
前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、
前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータ。
【数８】
2019140857.tif 000022
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
【請求項６】
前記第１，第２所定時間は、以下の（９）式であることを特徴とする請求項４または５記載の昇圧コンバータ。
【数９】
2019140857.tif 000023
Ｌ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定したリアクトルのインダクタンス値
Ｃ０１：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ０２：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第２出力コンデンサの静電容量値
ｋ：１未満の係数
【請求項７】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備えた昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法であって、
前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法。
【数６】
2019140857.tif 000024
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
【請求項８】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備えた昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法であって、
前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法。
【数６】
2019140857.tif 000025
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
【請求項９】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第３スイッチング素子と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続された第４スイッチング素子と、
前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、
前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続された昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法であって、
前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、
前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と前記直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法。
【数８】
2019140857.tif 000026
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
【請求項１０】
直流電圧源と、
前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第３スイッチング素子と、
前記リアクトルの他端に一端が接続された第４スイッチング素子と、
前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、
前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、
前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、
前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、
を備え、前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続された昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法であって、
前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、
その後、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、
前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、
前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする昇圧コンバータの出力コンデンサ容量値測定方法。
【数８】
2019140857.tif 000027
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧側にバッテリ等の直流電圧源が接続され、高圧側に出力コンデンサと負荷が接続された昇圧コンバータに係り、特に、高圧側の出力コンデンサの劣化診断技術に関する。  
【背景技術】
【０００２】
非絶縁型の昇圧コンバータの構成例として、図９に２レベル昇圧コンバータを示し、図１０に３レベル昇圧コンバータを示す。これらの昇圧コンバータは、低圧側に蓄電池や太陽光電池といった直流電圧源Ｖｄｃ、高圧側に負荷１と第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２が接続される点に特徴がある。
【０００３】
第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２は経年劣化により静電容量が変化する。たとえば、電解コンデンサやフィルムコンデンサは経年により静電容量が低下していく。そのため、第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量から劣化の程度を検知し、第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２の交換等の処置を行う必要がある。
【０００４】
一般的な静電容量測定方法として、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザを使用する方法がある。しかしこの測定では、装置を完全に停止させて出力コンデンサを取り外す必要があり、計測器自体も高価である点が課題である。
【０００５】
また、これらの測定器を使用しない静電容量測定方法として、特許文献１，２が開示されている。
【０００６】
特許文献１は、図１１に示すように第１出力コンデンサＣ１と並列に制動抵抗器２が接続される場合に利用できる。この方式では、第１出力コンデンサＣ１を充電したのちに、制動抵抗器２を投入することで放電回路（ＣＲ直列回路）を形成する。このときのコンデンサ電圧波形から放電時定数を取得し、そこから静電容量を計算するという手法である。
【０００７】
しかし、特許文献１は、出力側に制動抵抗器２が接続される場合には有用だが、低圧側の直流電圧源Ｖｄｃへの回生が可能な構成の昇圧コンバータでは、制動抵抗器２は不要であるため設けられていない。よって、制動抵抗器２がない昇圧コンバータでは、特許文献１に示されている静電容量測定を行うことができない。
【０００８】
一方、特許文献２は、図９と同様の２レベル昇圧コンバータに適用される。この方式では、第１出力コンデンサＣ１を充電したのちに図９中の上側の第１スイッチング素子Ｓ１をオンすることで、図１２（ａ）の経路で第１出力コンデンサＣ１と直流リアクトルＬによるＬＣ共振を発生させる。この際、図１２（ｂ）のような共振電流が流れ、出力コンデンサ電圧も脈動する。この電流・電圧波形から共振周波数が得られ、静電容量を逆算できる。
【０００９】
特許文献２では、制動抵抗器２をもたない昇圧コンバータでも、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザを用いずに第１出力コンデンサＣ１の静電容量を測定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２８８９５５号公報
【特許文献２】特許第３９９４８８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２は、共振周波数を測定するため、図１２（ｂ）のような共振電流がリアクトルＬと第１スイッチング素子Ｓ１に流れる。共振電流の大きさや周波数は、直流リアクトルＬのインダクタンスや第１出力コンデンサＣ１の静電容量、昇圧比などに依存する。
【００１２】
特許文献２では、共振周波数を測定するために共振電流（すなわち、リアクトルＬと第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流）が０Ａからピーク電流（図１２（ｂ）のＩｐ）となるまでの期間（図１２（ｂ）のΔＴ）、共振電流を流し続ける必要がある。
【００１３】
すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１にはピーク電流Ｉｐが流れるため、このピーク電流耐量をもつスイッチング素子を昇圧コンバータの設計時に選定する必要がある。第１スイッチング素子Ｓ１の電流耐量がピーク電流Ｉｐ未満だと、第１スイッチング素子Ｓ１が過電流破壊するおそれがある。
【００１４】
これにより、第１スイッチング素子Ｓ１が大型化、高コスト化し、昇圧コンバータが大型化、高コスト化する問題が発生する。
【００１５】
以上示したようなことから、昇圧コンバータにおいて、出力コンデンサの静電容量測定時の電流を低減することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、 直流電圧源と、前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、前記リアクトルの他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第２スイッチング素子と、前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、を備え、前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする。
【００１７】
【数６】
2019140857.tif 000003
【００１８】
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
また、他の態様として、直流電圧源と、前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、前記直流電圧源の正極側に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第２スイッチング素子と、前記第１，第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１，第２ダイオードと、前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端との間に接続された第１出力コンデンサと、前記第１出力コンデンサに並列接続された負荷と、前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、を備え、前記第１，第２スイッチング素子のオンオフ動作によって前記第１出力コンデンサの電圧を所定の電圧指令値に昇圧し、その後、前記遮断手段によって前記第１出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて以下の（６）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする。
【００１９】
【数６】
2019140857.tif 000004
【００２０】
Ｖref：電圧指令値
Ｔon：所定時間
Ｖaft：所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ：第１出力コンデンサの静電容量値
また、その一態様として、前記所定時間は、以下の（７）式であることを特徴とする。
【００２１】
【数７】
2019140857.tif 000005
【００２２】
Ｌ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定したリアクトルのインダクタンス値
Ｃ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第１出力コンデンサの静電容量値
ｋ：１未満の係数
また、他の態様として、直流電圧源と、前記直流電圧源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、前記リアクトルの他端に一端が接続された第１スイッチング素子と、前記リアクトルの他端に一端が接続された第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記直流電圧源の負極側に他端が接続された第３スイッチング素子と、前記直流電圧源の負極側に一端が接続された第４スイッチング素子と、前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、前記第１出力，第２コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、を備え、前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続され、前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、その後、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする。
【００２３】
【数８】
2019140857.tif 000006
【００２４】
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
また、他の態様として、直流電圧源と、前記直流電圧源の負極側に一端が接続されたリアクトルと、前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第１スイッチング素子と、前記直流電圧源の正極側に一端が接続された第２スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子の他端に一端が接続され、前記リアクトルの他端に他端が接続された第３スイッチング素子と、前記リアクトルの他端に一端が接続された第４スイッチング素子と、前記第１〜第４スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１〜第４ダイオードと、前記第１スイッチング素子の他端と前記第４スイッチング素子の他端との間に直列接続された第１，第２出力コンデンサと、前記第１，第２出力コンデンサに並列接続された負荷と、前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離すことができる遮断手段と、を備え、前記第２，第３スイッチング素子の共通接続点と前記第１，第２出力コンデンサの共通接続点が接続され、前記第１〜第４スイッチング素子のオンオフ動作によって、前記第１，第２出力コンデンサの電圧をそれぞれ所定の電圧指令値に昇圧し、その後、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第２，第３，第４スイッチング素子をオフし、前記第１スイッチング素子を第１所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第１所定時間後の第１出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第１出力コンデンサの静電容量値を算出し、前記遮断手段によって前記第１，第２出力コンデンサと前記負荷との間を切り離した状態のときに前記第１，第２，第３スイッチング素子をオフし、前記第４スイッチング素子を第２所定時間だけオンさせて、前記電圧指令値と直流電圧源電圧と前記第２所定時間後の第２出力コンデンサ電圧に基づいて、以下の（８）式により、前記第２出力コンデンサの静電容量値を算出することを特徴とする。
【００２５】
【数８】
2019140857.tif 000007
【００２６】
Ｖref：電圧指令値
Ｔon1：第１所定時間
Ｔon2：第２所定時間
Ｖaft1：第１所定時間Ｔon1後の第１出力コンデンサ電圧
Ｖaft2：第２所定時間Ｔon2後の第２出力コンデンサ電圧
Ｖin：直流電圧源電圧
Ｌ：リアクトルのインダクタンス値
Ｃ１：第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ２：第２出力コンデンサの静電容量値
また、その一態様として、前記第１，第２所定時間は、以下の（９）式であることを特徴とする。
【００２７】
【数９】
2019140857.tif 000008
【００２８】
Ｌ０：昇圧コンバータを製作した直後に測定したリアクトルのインダクタンス値
Ｃ０１：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第１出力コンデンサの静電容量値
Ｃ０２：昇圧コンバータを製作した直後に測定した第２出力コンデンサの静電容量値
ｋ：１未満の係数
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、昇圧コンバータにおいて、出力コンデンサの静電容量測定時の電流を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１における昇圧コンバータを示す回路構成図。
【図２】実施形態１において出力コンデンサ電圧を電圧指令値に昇圧した後の第１，第２スイッチング素子の状態を示す図。
【図３】第１スイッチング素子を所定時間Ｔonだけターンオンした状態を示す図。
【図４】回生操作前後の出力コンデンサの電圧を示すタイムチャート。
【図５】実施形態１と特許文献２の第１スイッチング素子の電流波形を示すタイムチャート。
【図６】実施形態２における昇圧コンバータを示す回路構成図。
【図７】実施形態２において出力コンデンサ電圧を電圧指令値に昇圧した後の第１〜第４スイッチング素子の状態を示す図。
【図８】実施形態２において第１スイッチング素子をオンした場合の第１出力コンデンサの放電経路を示す図。
【図９】従来の２レベル昇圧コンバータを示す回路構成図。
【図１０】従来の３レベル昇圧コンバータを示す回路構成図。
【図１１】特許文献１の昇圧コンバータを示す回路構成図。
【図１２】特許文献２の共振回路と共振電流を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本願発明における昇圧コンバータの実施形態１，２を図１〜図８に基づいて詳述する。
【００３２】
［実施形態１］
本実施形態１は非絶縁型の昇圧コンバータへ適用される。図１に、２レベル昇圧コンバータの回路構成を示す。図１に示す２レベル昇圧コンバータは、リアクトルＬ、第１，第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、第１，第２ダイオードＤ１、Ｄ２、第１出力コンデンサＣ１を備え、低圧側にバッテリなどの直流電圧源Ｖｄｃが、高圧側に負荷１が接続される。
【００３３】
また、第１出力コンデンサＣ１と負荷１を切り離すことができる遮断手段（例えば、スイッチ）Ｓを用いる。遮断手段Ｓは独立したスイッチである必要はなく、たとえば負荷１がインバータである場合、インバータを構成するスイッチング素子のオフ操作で遮断手段Ｓの機能が代替可能である。
【００３４】
直流電圧源Ｖｄｃの正極側にリアクトルＬの一端が接続される。リアクトルＬの他端に第１スイッチング素子Ｓ１の一端が接続される。リアクトルＬの他端に第２スイッチング素子Ｓ２の一端が接続される。第２スイッチング素子Ｓ２の他端は、直流電圧源Ｖｄｃの負極側に接続される。第１，第２スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ第１，第２ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列接続される。なお、図１では、直流電圧源Ｖｄｃの正極側と第１、第２スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の共通接続点との間にリアクトルＬを接続しているが、直流電圧源Ｖｄｃの負極側と第２スイッチング素子Ｓ２の他端との間にリアクトルＬを設けても良い。
【００３５】
第１スイッチング素子Ｓ１の他端と第２スイッチング素子Ｓ１の他端との間に第１出力コンデンサＣ１が接続される。第１出力コンデンサＣ１に負荷１が並列接続される。第１出力コンデンサＣ１と負荷１との間に第１出力コンデンサＣ１と負荷１とを切り離すことができる遮断手段Ｓが設けられる。
【００３６】
また、図１中のＶin，Ｖout，ＩLは、それぞれ直流電圧源電圧、出力コンデンサ電圧、リアクトル電流を表す。
【００３７】
本実施形態１では、負荷１を第１出力コンデンサＣ１から切り離した状態（すなわち、遮断手段Ｓを常時オフとした状態）で、第１出力コンデンサＣ１から直流電圧源Ｖｄｃへの回生（放電）動作を行う。そのため、本実施形態１は、昇圧コンバータの出力コンデンサ電圧Ｖoutを直流電圧源電圧Ｖinから所望の電圧指令値Ｖrefまで昇圧する動作を行う。
【００３８】
以下に、本実施形態１の制御方法を説明する。
【００３９】
（１）第１出力コンデンサＣ１をＶout＝Ｖinまで充電
初期状態として、図１の第１，第２スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，遮断手段Ｓをすべてターンオフ状態とすると、第１出力コンデンサＣ１は第１ダイオードＤ１を通してＶout＝Ｖinまで充電される。
【００４０】
（２）昇圧操作によりＶout＝Ｖref（＞Ｖin）まで充電
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のターンオンを交互に行うことで、出力コンデンサ電圧Ｖoutを所望の電圧指令値Ｖref（＞Ｖin）まで昇圧する。Ｖout＝Ｖrefに到達ののち、図２に示すように、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２を再びターンオフ状態とする。
【００４１】
なお、この充電動作では、遮断手段Ｓはオンしていてもよい。ただし以下に示す（３）の回生動作時には、遮断手段Ｓはオフする必要がある。
【００４２】
（３）第１スイッチング素子Ｓ１をオンして回生
第１スイッチング素子Ｓ１をオンすると、図３に示すように、高圧側の第１出力コンデンサＣ１から低圧側の直流電圧源Ｖｄｃの向きに電流が流れ、回生動作となる。ここで第１スイッチング素子Ｓ１を所定時間Ｔonだけオンさせる。所定時間Ｔonの期間中に第１出力コンデンサＣ１はＶout＝Ｖaft（＜Ｖref）まで放電される。ここで、Ｖaftは所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧とする。この際、第１出力コンデンサＣ１から放出されたエネルギーは、低圧側の直流電圧源ＶｄｃとリアクトルＬに移動することとなる。
【００４３】
所定時間Ｔonが十分短く、Ｖaft≒Ｖrefと見なせる場合、第１スイッチング素子Ｓ１をオンすることでリアクトルＬに印加される電圧はＶref−Ｖin{ QUOTE   ,}で一定であると見なせる。したがって、第１スイッチング素子Ｓ１をオンしてから所定時間Ｔonだけ経過した時点でリアクトルＬに蓄積されるエネルギーＥLは以下の（１）式で表される。なお、ここでは、第１スイッチング素子Ｓ１の導通オン抵抗＝０とみなす。
【００４４】
なお、以下の（１）式〜（６）式では、リアクトルＬのインダクタンス値をＬ、第１出力コンデンサＣ１の静電容量値をＣと表記している。
【００４５】
【数１】
2019140857.tif 000009
【００４６】
一方、低圧側の直流電圧源Ｖｄｃに回生されるエネルギーＥinは以下の（２）式で表される。
【００４７】
【数２】
2019140857.tif 000010
【００４８】
出力コンデンサ電圧Ｖoutは電圧指令値Ｖrefから所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧Ｖaftまで低下するため、この間に第１出力コンデンサＣ１が放出したエネルギーＥCは以下の（３）式となる。
【００４９】
【数３】
2019140857.tif 000011
【００５０】
前述のとおり、ＥC＝ＥL＋Ｅinの関係が成り立ち、ＥL＋Ｅinは以下の（４）式に変形できる。
【００５１】
【数４】
2019140857.tif 000012
【００５２】
一方、Ｖaft≒Ｖrefが成り立つ場合、第１出力コンデンサＣ１が放出したエネルギーＥCは以下の（５）式に近似される。
【００５３】
【数５】
2019140857.tif 000013
【００５４】
（４）式、（５）式をＥC＝ＥL＋Ｅinに代入することで、以下の（６）式が得られる。
【００５５】
【数６】
2019140857.tif 000014
【００５６】
（６）式において、電圧指令値Ｖrefおよび所定時間Ｔonは制御可能な変数であり、直流電圧源電圧Ｖinおよび所定時間Ｔon後の第１出力コンデンサ電圧Ｖaftは測定から得ることができる。また、一般にリアクトルＬは電解コンデンサやフィルムコンデンサに対して長寿命であることから、インダクタンス値Ｌを既知と見なすことができる。したがって、（６）式から第１出力コンデンサＣ１の静電容量値Ｃを算出できるため、第１出力コンデンサＣ１の静電容量の低下を検出できる。
【００５７】
図４に、直流電圧源電圧Ｖinを一定とした場合の回生動作前後における出力コンデンサ電圧Ｖoutの波形例を示す。第１出力コンデンサＣ１の劣化により静電容量が低下すると、図４中の実線から破線に電圧波形が変化し、電圧の低下量Ｖref−Ｖaftが大きくなる。
【００５８】
これを利用し、例えば、Ｖref−Ｖaftの大きさに閾値を設け、閾値以上となった場合に第１出力コンデンサＣ１の静電容量値Ｃが所定値以下に低下した、と判断することができる。
【００５９】
なお、本実施形態１において、所定時間Ｔonは（７）式を満足する値に設定する。
【００６０】
【数７】
2019140857.tif 000015
【００６１】
（７）式のＬ０値およびＣ０値は、昇圧コンバータを製作した直後（リアクトルＬや第１出力コンデンサＣ１の経年劣化がない時）にＬＣＲメータで測定したリアクトルＬのインダクタンス値，第１出力コンデンサＣ１の静電容量値を示す。また、ｋは１未満の係数である。
【００６２】
（７）式の右辺は、インダクタンス値Ｌ０をもつリアクトルと静電容量値Ｃ０をもつコンデンサからなる直列回路の共振周期（＝１／共振周波数）の１／４に相当する。（ｋ＝１の場合）
さらに、経年変化によるコンデンサ容量の低減を考慮して係数ｋ（ｋ＜１）を設定すれば、本実施形態１の測定時に共振電流（すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流）がピーク値となる前に、測定を終了できる。本実施形態１で第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流波形と、特許文献２の方法で第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流波形を、それぞれ図５に示す。図５に示すように、測定時に第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流を特許文献２の方法よりも低減できる。
【００６３】
以上示したように、本実施形態１によれば、第１出力コンデンサＣ１の静電容量測定時に、ＬＣ共振によって第１スイッチング素子Ｓ１に流れる電流を抑制しつつ、第１出力コンデンサＣ１の静電容量値Ｃの変化を検知できる。これにより、耐電流値が低い、小形で安価なスイッチング素子を装置に適用できる。その結果、昇圧コンバータ装置の小形化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００６４】
［実施形態２］
図６に本実施形態２の３レベル昇圧コンバータの回路構成を示す。図６に示す３レベル昇圧コンバータは、リアクトルＬ、第１〜第４スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４、第１，第２出力コンデンサＣ１、Ｃ２を備え、低圧側にバッテリなどの直流電圧源Ｖｄｃが、高圧側に負荷１が接続される。また、第１、第２出力コンデンサＣ１、Ｃ２と負荷１を切り離すことができる遮断手段（例えば、スイッチ）Ｓを用いる。これは、実施形態１で示した図１中の遮断手段Ｓと同等である。
【００６５】
直流電圧源Ｖｄｃの正極側にリアクトルＬの一端が接続される。リアクトルＬの他端に第１スイッチング素子Ｓ１の一端が接続される。リアクトルＬの他端に第２スイッチング素子Ｓ２の一端が接続される。第２スイッチング素子Ｓ２の他端に第３スイッチング素子Ｓ３の一端が接続される。第３スイッチング素子Ｓ３の他端には、直流電圧源Ｖｄｃの負極側に接続される。直流電圧源Ｖｄｃの負極側に第４スイッチング素子Ｓ４の一端が接続される。なお、図６では、直流電圧源Ｖｄｃの正極側と第１，第２スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の共通接続点との間にリアクトルＬを接続しているが、直流電圧源Ｖｄｃの負極側と第３，第４スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の共通接続点との間にリアクトルＬを接続しても良い。
【００６６】
第１〜第４スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続される。
【００６７】
第１スイッチング素子Ｓ１の他端と第４スイッチング素子Ｓ４の他端との間に第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続される。第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２に負荷１が並列接続される。第１出力コンデンサＣ１と負荷１との間に第１、第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２と負荷１とを切り離すことができる遮断手段Ｓを設ける。第２，第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３の共通接続点と第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２の共通接続点が接続される。
【００６８】
また、図６中のＶin，ＶP，ＶN，ＩLは、それぞれ低圧側の直流電圧源電圧，高圧側の上側出力コンデンサ電圧、高圧側の下側出力コンデンサ電圧、リアクトル電流を表す。
【００６９】
実施形態１と同様に、３レベル昇圧コンバータでは上側出力コンデンサ電圧ＶPおよび下側出力コンデンサ電圧ＶNを電圧指令値Ｖrefまで充電し、回生を行う。したがって、Ｖout＝ＶP＋ＶN＞２Ｖinまで昇圧可能な設計の場合、本実施形態２を適用できる。以下に、その方法を説明する。
【００７０】
（１）昇圧操作によりＶP＝ＶN＝Ｖref（＞Ｖin）まで充電
第１〜第４スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチング操作により、上側出力コンデンサ電圧ＶP，下側出力コンデンサ電圧ＶNを所望の電圧指令値Ｖref（＞Ｖin）まで昇圧する。ＶP＝ＶN＝Ｖrefに到達ののち、図７に示すように、第１〜第４スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を再びターンオフ状態とする。
【００７１】
なお、この充電動作では、遮断手段Ｓはオンしていてもよい。ただし以下に示す（２）の回生動作時には、遮断手段Ｓはオフする必要がある。
【００７２】
（２）第１スイッチング素子Ｓ１をオンして回生
第１スイッチング素子Ｓ１を第１所定時間Ｔon1だけオンすると、図８中の点線のような第１出力コンデンサＣ１の放電電流経路が形成される。この状態は、実施形態１の２レベル昇圧コンバータと同様である。したがって、実施形態１と同様に（８）式から、第１出力コンデンサＣ１の静電容量値Ｃ１を計算し、劣化診断を行うことができる。
【００７３】
これと同様に、ＶP＝ＶN＝Ｖref（＞Ｖin）まで充電したのちに第４スイッチング素子Ｓ４を第２所定時間Ｔon2だけオンすることで第２出力コンデンサＣ２の放電電流経路が形成される。したがって、以下の（８）式により、第２出力コンデンサＣ２の静電容量値Ｃ２を計算し、劣化診断を行うことができる。
【００７４】
【数８】
2019140857.tif 000016
【００７５】
なお、（８）式のＶaft1は第１所定時間Ｔon1経過後の第１出力コンデンサ電圧を示し、Ｖaft2は第２所定時間Ｔon2経過後の第２出力コンデンサ電圧を示す。
【００７６】
なお、本実施形態２において、第１所定時間Ｔon1，第２所定時間Ｔon2は、以下の（９）式を満足する値に設定する。
【００７７】
【数９】
2019140857.tif 000017
【００７８】
（９）式のＬ０，Ｃ０１，Ｃ０２は、昇圧コンバータを製作した直後（リアクトルＬや第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２の経年劣化がない時）にＬＣＲメータで測定したリアクトルＬのインダクタンス値，第１，第２出力コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を示す。また、ｋは１未満の係数を示す。
【００７９】
以上示したように、本実施形態２の３レベル昇圧コンバータによれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００８１】
Ｖｄｃ…直流電圧源
Ｌ…リアクトル
Ｓ１〜Ｓ４…第１〜第４スイッチング素子
Ｃ１〜Ｃ４…第１〜第４出力コンデンサ
１…負荷
Ｓ…遮断手段
Ｖin…直流電圧源電圧
Ｖout…出力コンデンサ電圧
ＩL…リアクトル電流
Ｖref…電圧指令値
Ｔon…所定時間
Ｖaft…所定時間後の出力コンデンサ電圧
【図１】
2019140857.tif 000028
【図２】
2019140857.tif 000029
【図３】
2019140857.tif 000030
【図４】
2019140857.tif 000031
【図５】
2019140857.tif 000032
【図６】
2019140857.tif 000033
【図７】
2019140857.tif 000034
【図８】
2019140857.tif 000035
【図９】
2019140857.tif 000036
【図１０】
2019140857.tif 000037
【図１１】
2019140857.tif 000038
【図１２】
2019140857.tif 000039