(57)【要約】【課題】スイッチング素子の開閉によって発生するサージ電圧を低減するとともに、複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部の断線故障またはスナバ回路を構成する受動素子の故障を検出可能なＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置を提供する。【解決手段】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、電圧検出器４および故障検出部を備える。電圧検出器４は、制御装置２３がスイッチング素子２２を一定時間断続的に開閉させた後に、第一電圧を検出する。故障検出部は、電圧検出器４によって検出された第一電圧の検出電圧である開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲に含まれないときに、一次巻線部２１ａの断線故障またはスナバ回路３を構成する受動素子の故障と判断する。【選択図】  図１
2016092939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部を備えるトランスと、前記一次巻線部に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を開閉制御する制御装置と、前記一次巻線部に直流電力を供給する直流電源とを備えるフライバック型またはフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
抵抗器とコンデンサとが並列接続された並列接続部を含み、前記並列接続部の一端側が前記一次巻線部の一端側に接続され、前記並列接続部の他端側がダイオードのカソード側に接続され、前記ダイオードのアノード側が前記一次巻線部の他端側に接続されたスナバ回路と、
前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の負極との間の電圧または前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の正極との間の電圧である第一電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記一次巻線部に断線故障がなく且つ前記スナバ回路を構成する前記抵抗器、前記コンデンサおよび前記ダイオードのすべての受動素子に故障がないときに、前記スイッチング素子を一定時間断続的に開閉させた後の前記第一電圧の取り得る電圧範囲を正常時電圧範囲とするとき、
前記電圧検出器は、前記制御装置が前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後に、前記第一電圧を検出し、
前記電圧検出器によって検出された前記第一電圧の検出電圧である開閉後検出電圧が、前記正常時電圧範囲に含まれないときに、前記一次巻線部の断線故障または前記スナバ回路を構成する前記受動素子の故障と判断する故障検出部を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置。
【請求項２】
前記一次巻線部の一部の前記一次巻線が断線故障しているときに、前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後の前記第一電圧の取り得る電圧範囲を一次巻線故障時電圧範囲とし、
前記スナバ回路の前記抵抗器が開放故障または短絡故障しているときに、前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後の前記第一電圧の取り得る電圧範囲を抵抗器故障時電圧範囲とし、
前記スナバ回路の前記コンデンサが短絡故障しているときに、前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後の前記第一電圧の取り得る電圧範囲をコンデンサ短絡故障時電圧範囲とするとき、
前記故障検出部は、前記開閉後検出電圧が前記一次巻線故障時電圧範囲に含まれるときに前記一次巻線部の断線故障と判断し、前記開閉後検出電圧が前記抵抗器故障時電圧範囲に含まれるときに前記抵抗器の開放故障または短絡故障と判断し、前記開閉後検出電圧が前記コンデンサ短絡故障時電圧範囲に含まれるときに前記コンデンサの短絡故障と判断する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子と前記直流電源の負極との間に設けられ、前記一次巻線部に流れる一次電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器によって検出された前記一次電流がフィードバックされ、前記一次電流が一定の目標電流になるように前記スイッチング素子を開閉制御する定電流制御を行う定電流制御部と、
をさらに備え、
前記定電流制御部によって前記定電流制御が行われているときに、前記スナバ回路の前記ダイオードを通って前記一次電流が還流されている時間をダイオード還流時間とし、前記一次巻線部に断線故障がなく且つ前記スナバ回路のすべての前記受動素子に故障がないときの前記ダイオード還流時間を正常時ダイオード還流時間とするとき、
前記故障検出部は、前記ダイオード還流時間が前記正常時ダイオード還流時間と比べて長いときに、前記一次巻線部の断線故障と判断する請求項１または２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置。
【請求項４】
前記電圧検出器は、前記制御装置が前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後であって、前記スイッチング素子が閉状態のときの前記第一電圧を検出し、
前記故障検出部は、前記スイッチング素子が前記閉状態のときの前記開閉後検出電圧が、前記直流電源の負極の電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれるときに、前記ダイオードの短絡故障と判断する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置。
【請求項５】
複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部を備えるトランスと、前記一次巻線部に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を開閉制御する制御装置と、前記一次巻線部に直流電力を供給する直流電源とを備えるフライバック型またはフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
抵抗器とコンデンサとが並列接続された並列接続部を含み、前記並列接続部の一端側が前記一次巻線部の一端側に接続され、前記並列接続部の他端側がダイオードのカソード側に接続され、前記ダイオードのアノード側が前記一次巻線部の他端側に接続されたスナバ回路と、
前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の負極との間の電圧または前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の正極との間の電圧である第一電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記電圧検出器は、前記制御装置が前記スイッチング素子を一定時間断続的に開閉させているときに、前記第一電圧を複数回検出し、
前記電圧検出器によって検出された前記第一電圧の複数の検出電圧である開閉中検出電圧の散布度が、前記スイッチング素子の開閉によって発生するサージ電圧の電圧分布に相当する電圧範囲に含まれるときに、前記コンデンサの開放故障と判断する故障検出部を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータの故障を検出する故障検出装置は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載の装置が知られている。特許文献１に記載のスイッチング電源装置は、第一出力巻線１４ａが断線故障したときに、起動回路３２の起動トランジスタ３４のソース端子から第二整流平滑回路４６に向けて電流が流れる。そして、スイッチング電源装置は、スイッチ素子４８を導通させて、起動トランジスタ３４のゲート端子をローレベルにし、スイッチング駆動を停止させる。これにより、特許文献１に記載の装置は、第一出力巻線１４ａの断線故障を検出し、故障検出時に、スイッチング駆動を停止させようとしている。
【０００３】
一方、特許文献２に記載の積層型フライバックトランスの二次巻線断線検出装置は、定電流電源１１を用いて、高圧端子８とＡＢＬ端子９との間に一定電流を供給する。そして、特許文献２に記載の装置は、電圧検出器１２を用いて、高圧端子８とＡＢＬ端子９との間の電圧を検出し、当該電圧の検出結果に基づいて、二次巻線の断線故障の有無を判別しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４０１８７号公報
【特許文献２】特開平４−３８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、一次巻線が複数、並列接続されたトランスを備えるスイッチング電源装置に適用することは困難である。具体的には、複数の一次巻線のうちの一部の一次巻線が断線故障しても、断線故障していない一次巻線から一次電流が流れる。そのため、特許文献１に記載の装置は、一次電流の有無に基づいて、起動トランジスタ３４を制御することは困難である。
【０００６】
また、特許文献１に記載の装置では、主スイッチング素子１８の開閉時のサージ電圧により、スイッチング電源装置を構成する素子が影響を受ける可能性がある。そこで、スイッチング電源装置にスナバ回路を設けた場合には、スナバ回路を構成する受動素子が故障する可能性があるため、スナバ回路の故障を検出する対策が必要になる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の装置では、定電流電源１１を用いて、高圧端子８とＡＢＬ端子９との間に一定電流を供給し、二次巻線の断線故障を判別しようとしている。一次巻線には、スイッチング素子の開閉制御によって断続的な電流を供給する必要があるので、特許文献２に記載の装置の構成を、一次巻線の断線故障の検出に適用することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、このような事情に鑑み、スイッチング素子の開閉によって発生するサージ電圧を低減するとともに、複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部の断線故障またはスナバ回路を構成する受動素子の故障を検出可能なＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置は、複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部を備えるトランスと、前記一次巻線部に直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を開閉制御する制御装置と、前記一次巻線部に直流電力を供給する直流電源とを備えるフライバック型またはフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータと、抵抗器とコンデンサとが並列接続された並列接続部を含み、前記並列接続部の一端側が前記一次巻線部の一端側に接続され、前記並列接続部の他端側がダイオードのカソード側に接続され、前記ダイオードのアノード側が前記一次巻線部の他端側に接続されたスナバ回路と、前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の負極との間の電圧または前記ダイオードの前記カソードと前記直流電源の正極との間の電圧である第一電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記一次巻線部に断線故障がなく且つ前記スナバ回路を構成する前記抵抗器、前記コンデンサおよび前記ダイオードのすべての受動素子に故障がないときに、前記スイッチング素子を一定時間断続的に開閉させた後の前記第一電圧の取り得る電圧範囲を正常時電圧範囲とするとき、前記電圧検出器は、前記制御装置が前記スイッチング素子を前記一定時間断続的に開閉させた後に、前記第一電圧を検出し、前記電圧検出器によって検出された前記第一電圧の検出電圧である開閉後検出電圧が、前記正常時電圧範囲に含まれないときに、前記一次巻線部の断線故障または前記スナバ回路を構成する前記受動素子の故障と判断する故障検出部を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置によれば、故障検出部を備える。故障検出部は、電圧検出器によって検出された第一電圧の検出電圧である開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲に含まれないときに、一次巻線部の断線故障またはスナバ回路を構成する受動素子の故障と判断する。つまり、故障検出部は、第一電圧の検出電圧に基づいて、複数の一次巻線が並列接続された一次巻線部の断線故障またはスナバ回路を構成する受動素子の故障を検出することができる。よって、故障検出部は、故障の有無を判別することが容易である。なお、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置は、スナバ回路を備えるので、スイッチング素子の開閉によって発生するサージ電圧が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の一例を示す構成図である。
【図２】制御装置２３の一例を示す構成図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の故障検出手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】第一電圧の経時変化の一例を示す波形図である。
【図６】第一電圧および一次電流の経時変化の一例を示す波形図であり、一次巻線部２１ａに断線故障が発生していない場合の波形図である。
【図７】第一電圧および一次電流の経時変化の一例を示す波形図であり、一次巻線部２１ａに断線故障が発生している場合の波形図である。
【図８】第２実施形態に係り、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の故障検出手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図９】第一電圧の経時変化の一例を示す波形図であり、コンデンサ３２に開放故障が発生している場合の波形図である。
【図１０】第３実施形態に係り、フォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、各実施形態について、共通する箇所には共通の符号が付されており、重複する説明が省略されている。また、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
【００１３】
＜第１実施形態＞
（ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の構成）
図１に示すように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、スナバ回路３、電圧検出器４および電流検出器５を備えている。以下、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の構成について、詳細に説明する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、トランス２１、スイッチング素子２２、制御装置２３および直流電源２４を備えている。トランス２１は、一次巻線部２１ａおよび二次巻線部２１ｂを備えており、一次巻線部２１ａに印加された電圧を変圧して、変圧された電圧を二次巻線部２１ｂから出力する。トランス２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の電力用トランスを用いることができる。一次巻線部２１ａは、複数（本実施形態では、２つ）の一次巻線２１ａ１，２１ａ２が並列接続されている。二次巻線部２１ｂは、１つの二次巻線２１ｂ１を備えている。なお、二次巻線部２１ｂは、一次巻線部２１ａと同様に、複数の二次巻線を並列接続することもできる。
【００１５】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータである。フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子２２が閉状態のときに、トランス２１のコアに電磁エネルギーを蓄える。そして、スイッチング素子２２が閉状態から開状態に切り替わると、トランス２１の一次側から二次側に電力が伝えられる。そのため、一次巻線部２１ａの巻始め位置は、二次巻線部２１ｂの巻終り位置に対向している。同図では、一次巻線部２１ａおよび二次巻線部２１ｂの巻始め位置が、それぞれ黒丸で示されている。
【００１６】
なお、二次巻線部２１ｂの一端側（巻終り側）には、ダイオード２１ｃのアノード側が接続され、ダイオード２１ｃのカソード側は、コンデンサ２１ｄの正極側に接続されている。コンデンサ２１ｄの負極側は、二次巻線部２１ｂの他端側（巻始め側）に接続されている。ダイオード２１ｃは、公知の整流ダイオードを用いることができ、コンデンサ２１ｄは、公知の電解コンデンサを用いることができる。これにより、二次巻線部２１ｂから出力された出力電力は、整流および平滑されて、出力端子２１ｅ，２１ｆから直流電力が出力される。
【００１７】
スイッチング素子２２は、一次巻線部２１ａに流れる一次電流を導通または遮断する。スイッチング素子２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の電力用デバイスを用いることができる。例えば、スイッチング素子２２は、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。
【００１８】
スイッチング素子２２は、一次巻線部２１ａに直列接続されている。具体的には、スイッチング素子２２のドレイン２２ａは、一次巻線部２１ａの他端側（巻終り側）に接続されている。スイッチング素子２２のソース２２ｂは、電流検出器５を介して、直流電源２４の負極２４ｎ側に接続されている。スイッチング素子２２のゲート２２ｃは、制御装置２３に接続されている。なお、スイッチング素子２２のドレイン２２ａは、スナバ回路３（ダイオード３３のアノード３３ａ側）にも接続されている。
【００１９】
制御装置２３は、スイッチング素子２２を開閉制御する。図２に示すように、制御装置２３は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して接続されている。制御装置２３は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、外部機器（スイッチング素子２２、電圧検出器４および電流検出器５を含む）との間で、入出力信号（スイッチング素子２２の開閉制御信号を含む）の授受を行うことができる。
【００２０】
中央演算装置６０ａは、中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース６０ｃは、上述の外部機器との間で、入出力信号（スイッチング素子２２の開閉制御信号を含む）の授受を行う。
【００２１】
例えば、中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されているスイッチング素子２２の駆動制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置６０ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、スイッチング素子２２の開閉制御信号を生成する。生成された開閉制御信号は、入出力インターフェース６０ｃを介して、スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与される。開閉制御信号は、ハイレベルとローレベルとが矩形波状に変化する制御信号であり、パルス信号ともいう。スイッチング素子２２は、開閉制御信号（パルス信号）によって、開閉制御される。
【００２２】
制御装置２３は、本体部２３ａおよび駆動部２３ｂを備えている。本体部２３ａは、スイッチング素子２２の開閉制御信号（パルス信号）を生成する。駆動部２３ｂは、本体部２３ａが生成した開閉制御信号（パルス信号）に基づいて、スイッチング素子２２を開閉する。駆動部２３ｂは、公知のドライバ回路に相当する。本体部２３ａは、駆動部２３ｂに接続されており、駆動部２３ｂは、保護用の抵抗器２２ｄを介して、スイッチング素子２２のゲート２２ｃに接続されている。なお、本実施形態では、本体部２３ａおよび駆動部２３ｂは、別体に設けられているが、本体部２３ａおよび駆動部２３ｂは、一体に設けることもできる。また、後述するＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の制御は、本体部２３ａおよび駆動部２３ｂのうちの少なくとも一方で行うことができる。
【００２３】
直流電源２４は、一次巻線部２１ａに直流電力を供給する。直流電源２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の直流電源を用いることができる。直流電源２４は、例えば、公知の直流発電機、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、電気二重層コンデンサなどを用いることができる。また、直流電源２４は、交流電源から出力される交流電力をダイオードブリッジなどの整流器で整流して、直流電力を生成しても良い。交流電源は、例えば、公知の交流発電機、系統電源を用いることができる。系統電源は、電気事業者（例えば、電力会社など）が保有する商用の配電線網から供給される電源をいう。交流は、単相であっても、多相（例えば、三相）であっても良い。なお、直流電源２４には、図示略の平滑コンデンサが並列接続されており、リプル電圧が低減されている。
【００２４】
また、直流電源２４は、制御装置２３（本体部２３ａおよび駆動部２３ｂ）並びに電圧検出器４に対して、直流電力を供給することもできる。図１に示すように、直流電源２４の正極２４ｐ側は、制御装置２３（本体部２３ａおよび駆動部２３ｂ）並びに電圧検出器４に、それぞれ接続されている。また、直流電源２４の負極２４ｎ側は、制御装置２３（本体部２３ａおよび駆動部２３ｂ）並びに電圧検出器４に、それぞれ接続されている。なお、直流電源２４の負極２４ｎ側は、接地されている。
【００２５】
スナバ回路３は、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧を低減させる。スナバ回路３は、抵抗器３１、コンデンサ３２およびダイオード３３の各受動素子を備える。これらの受動素子は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の電力用デバイスを用いることができる。図１に示すように、スナバ回路３は、抵抗器３１とコンデンサ３２とが並列接続された並列接続部３０を含んでいる。並列接続部３０の一端側は、一次巻線部２１ａの一端側（巻始め側）に接続されている。並列接続部３０の他端側は、ダイオード３３のカソード３３ｂ側に接続されている。ダイオード３３のアノード３３ａ側は、一次巻線部２１ａの他端側（巻終り側）に接続されている。なお、並列接続部３０の一端側は、直流電源２４の正極２４ｐ側にも接続されている。また、シミュレーション、実機による測定などによって、予めサージ電圧を低減可能な抵抗器３１の抵抗値およびコンデンサ３２の静電容量値を設定すると良い。
【００２６】
電圧検出器４は、第一電圧を検出する。第一電圧は、ダイオード３３のカソード３３ｂと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧、または、ダイオード３３のカソード３３ｂと直流電源２４の正極２４ｐとの間の電圧をいう。本実施形態では、電圧検出器４は、第一電圧として、ダイオード３３のカソード３３ｂと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧を検出する。なお、直流電源２４の出力電圧（正極２４ｐと負極２４ｎとの間の電圧）から、ダイオード３３のカソード３３ｂと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧を減じると、直流電源２４の正極２４ｐとダイオード３３のカソード３３ｂとの間の電圧が得られる。よって、電圧検出器４は、第一電圧として、いずれの電圧を検出しても良い。
【００２７】
電圧検出器４は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の電圧検出器を用いることができる。電圧検出器４は、例えば、公知のオペアンプ（演算増幅器）やコンパレータ（比較器）によって、第一電圧を検出することができる。また、後述する故障検出部６３は、第一電圧が所定の電圧範囲に含まれるか否かによって故障を判断する。そのため、電圧検出器４は、例えば、公知のウィンドウコンパレータを用いることもできる。ウィンドウコンパレータは、電圧値が異なる二つの基準電圧を備えており、入力電圧が二つの基準電圧の間にあるか否かを判定することができる。なお、電圧検出器４は、第一電圧を検出することができれば良く、上述の検出器に限定されるものではない。
【００２８】
電流検出器５は、スイッチング素子２２と直流電源２４の負極２４ｎとの間に設けられており、一次巻線部２１ａに流れる一次電流を検出する。電流検出器５は、ＤＣ／ＤＣコンバータで使用される公知の電流検出器を用いることができる。本実施形態では、電流検出器５は、シャント抵抗器を用いる。シャント抵抗器を用いた電流検出器５は、シャント抵抗器に流れる一次電流の電流値と、シャント抵抗器の抵抗値（既知）とを乗じた電圧を出力する。
【００２９】
スイッチング素子２２と電流検出器５（シャント抵抗器）との間の接続点５Ｐ１は、制御装置２３（本実施形態では、駆動部２３ｂ）に接続されている。電流検出器５の出力は、接続点５Ｐ１から制御装置２３に出力される。制御装置２３は、接続点５Ｐ１と直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧を、シャント抵抗器の抵抗値（既知）で除算することにより、一次電流を検出することができる。なお、電流検出器５は、一次電流を検出することができれば良く、シャント抵抗器による検出に限定されるものではない。例えば、電流検出器５は、カレントトランスなどの電流検出器を用いることもできる。
【００３０】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、電圧検出器４や電流検出器５の他に、種々の検出器を設けることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、例えば、直流電源２４の出力電圧（一次電圧という。）を検出する電圧検出器や出力端子２１ｅ，２１ｆ間の出力電圧（二次電圧という。）を検出する電圧検出器を設けることができる。
【００３１】
（ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の制御）
図３に示すように、制御装置２３は、制御ブロックとして捉えると、駆動制御部６１、定電流制御部６２および故障検出部６３を備えている。駆動制御部６１は、スイッチング素子２２を開閉制御する。駆動制御部６１は、例えば、少なくとも二次電圧に基づいて、パルス信号のデューティ比を決定することができる。また、駆動制御部６１は、例えば、定電流制御部６２からの出力指令に基づいて、パルス信号のデューティ比を決定することもできる。駆動制御部６１は、当該デューティ比に基づくパルス信号をスイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与する。スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与される電圧がハイレベルのときには、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が導通した閉状態になり、一次巻線部２１ａに一次電流が流れ、トランス２１のコアに電磁エネルギーが蓄えられる。
【００３２】
スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与される電圧がローレベルのときには、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が遮断された開状態になり、トランス２１のコアに蓄えられた電磁エネルギーが、二次巻線部２１ｂから出力される。二次巻線部２１ｂから出力された出力電力は、既述のとおり、整流および平滑されて、出力端子２１ｅ，２１ｆから直流電力が出力される。なお、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が遮断され開状態になると、一次電流は、スナバ回路３に流れる。このとき、スナバ回路３は、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧を低減する。
【００３３】
駆動制御部６１は、スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与するパルス信号のデューティ比を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧（直流電圧）を所望の電圧値に制御することができる。このように、駆動制御部６１は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧（直流電圧）を制御することができる。なお、駆動制御部６１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式以外にも、種々の駆動制御を行うことができる。
【００３４】
定電流制御部６２には、電流検出器５によって検出された一次電流がフィードバックされており、定電流制御部６２は、定電流制御を行うことができる。定電流制御は、一次電流が一定の目標電流になるように、スイッチング素子２２を開閉制御するフィードバック制御である。フィードバック制御は、例えば、ＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いることができる。ＰＩＤ制御は、入力値と目標値との偏差、偏差の積分および偏差の微分をそれぞれ算出し加算して、当該偏差を解消する出力値を制御対象に出力させる制御である。
【００３５】
なお、フィードバック制御は、微分項が省略されたＰＩ制御、微分項および積分項が省略されたＰ制御を用いることもできる。また、比例項、微分項および積分項の各制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による測定などによって予め設定され、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。各制御ゲインは、制御装置２３の起動時に、駆動制御プログラムとともに第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。なお、定電流制御部６２は、定電流制御を行うことができれば良く、ＰＩＤ制御に限定されるものではない。
【００３６】
故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障またはスナバ回路３を構成する受動素子の故障を判断する。故障検出部６３は、図４に示すフローチャートに従って故障検出プログラムを実行することにより、上記故障を検出することができる。本実施形態では、故障検出プログラムは、制御装置２３の第二記憶装置６０ｂ２に記憶されており、制御装置２３の起動時に、第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。以下、図４に示すフローチャートを参照しつつ、故障検出手順について説明する。
【００３７】
まず、故障検出部６３は、駆動制御部６１がスイッチング素子２２の開閉制御を開始してから、一定時間（以下、第一時間Ｔ１で示す。）が経過したか否かを判断する（図４のステップＳ１０１）。一定時間（第一時間Ｔ１）が経過した場合（ステップＳ１０１でＹｅｓの場合）、故障検出部６３は、電圧検出器４に対してトリガ信号を発信し、電圧検出器４は、第一電圧を検出する（ステップＳ１０２）。一方、一定時間（第一時間Ｔ１）が経過していない場合（ステップＳ１０１でＮｏの場合）、故障検出制御は、ステップＳ１０１に戻る。この場合、故障検出部６３は、一定時間（第一時間Ｔ１）が経過するまで待機する。以上のようにして、電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後に、第一電圧を検出することができる。
【００３８】
次に、故障検出部６３は、開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲ＶＲ０に含まれるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。開閉後検出電圧は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後に、電圧検出器４によって検出された第一電圧の検出電圧をいう。また、正常時電圧範囲ＶＲ０は、一次巻線部２１ａに断線故障がなく且つスナバ回路３を構成する抵抗器３１、コンデンサ３２およびダイオード３３のすべての受動素子に故障がないときに、スイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後の第一電圧の取り得る電圧範囲をいう。
【００３９】
正常時電圧範囲ＶＲ０は、例えば、シミュレーション、実機による測定などによって予め設定されており、正常時電圧範囲ＶＲ０は、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。正常時電圧範囲ＶＲ０は、制御装置２３の起動時に、故障検出プログラムとともに第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。なお、後述する一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１、抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２，ＶＲ３、コンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４、正常時ダイオード還流時間ＴＤ０およびサージ電圧分布範囲ＶＲ５などは、正常時電圧範囲ＶＲ０と同様にして設定し、設定値を記憶し、設定値を読み出すことができる。なお、本明細書の「電圧範囲」や「電圧レベル」は、検出誤差などを考慮して設定することができる。検出誤差は、例えば、ノイズなどの外乱や電圧検出器４などの検出器の検出精度によって生じる。
【００４０】
開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲ＶＲ０に含まれない場合（ステップＳ１０３でＮｏの場合）、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障またはスナバ回路３を構成する受動素子の故障と判断する（ステップＳ１０４）。そして、故障検出部６３は、故障部位を特定する（ステップＳ１０５）。さらに、故障検出部６３は、駆動制御部６１に対して、スイッチング素子２２を開状態にするように指示し、トランス２１の出力を停止する（ステップＳ１０６）。具体的には、駆動制御部６１は、スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与する電圧レベルをローレベルにする。そして、故障検出制御は、一旦、終了する。なお、電圧検出器４に既述のウィンドウコンパレータを用いる場合、ウィンドウコンパレータは、ステップＳ１０２の処理およびステップＳ１０３の判断を併せて行うことができる。
【００４１】
一方、開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲ＶＲ０に含まれる場合（ステップＳ１０３でＹｅｓの場合）、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａおよびスナバ回路３を構成する受動素子が正常と判断する（ステップＳ１０７）。この場合、駆動制御部６１は、スイッチング素子２２の開閉制御を継続することができる。そして、故障検出制御は、一旦、終了する。
【００４２】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１によれば、故障検出部６３を備える。故障検出部６３は、電圧検出器４によって検出された第一電圧の検出電圧である開閉後検出電圧が、正常時電圧範囲ＶＲ０に含まれないときに、一次巻線部２１ａの断線故障またはスナバ回路３を構成する受動素子の故障と判断する。つまり、故障検出部６３は、第一電圧の検出電圧に基づいて、複数の一次巻線２１ａ１，２１ａ２が並列接続された一次巻線部２１ａの断線故障またはスナバ回路３を構成する受動素子の故障を検出することができる。よって、故障検出部６３は、故障の有無を判別することが容易である。なお、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、スナバ回路３を備えるので、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧が低減されている。
【００４３】
（（一次巻線部２１ａの断線故障、抵抗器３１の開放故障または短絡故障、コンデンサ３２の短絡故障の検出））
ステップＳ１０５における故障部位の特定方法は、種々の方法を用いることができる。例えば、故障検出部６３は、開閉後検出電圧が一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１に含まれるときに一次巻線部２１ａの断線故障と判断し、開閉後検出電圧が抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２，ＶＲ３に含まれるときに抵抗器３１の開放故障または短絡故障と判断し、開閉後検出電圧がコンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４に含まれるときにコンデンサ３２の短絡故障と判断すると好適である。
【００４４】
ここで、一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１は、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障しているときに、スイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後の第一電圧の取り得る電圧範囲をいう。また、抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２，ＶＲ３は、スナバ回路３の抵抗器３１が開放故障または短絡故障しているときに、スイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後の第一電圧の取り得る電圧範囲をいう。なお、抵抗器３１が開放故障のときの第一電圧の取り得る電圧範囲を抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２とし、抵抗器３１が短絡故障のときの第一電圧の取り得る電圧範囲を抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ３とする。さらに、コンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４は、スナバ回路３のコンデンサ３２が短絡故障しているときに、スイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後の第一電圧の取り得る電圧範囲をいう。
【００４５】
図５は、第一電圧の経時変化の一例を示す波形図である。曲線Ｌ１０は、一次巻線部２１ａに断線故障がなく且つスナバ回路３を構成する抵抗器３１、コンデンサ３２およびダイオード３３のすべての受動素子に故障がないときの第一電圧の経時変化の一例を示している。なお、このときの第一電圧を、正常時の第一電圧という。曲線Ｌ１１は、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障しているときの第一電圧の経時変化の一例を示している。曲線Ｌ１２は、スナバ回路３の抵抗器３１が開放故障しているときの第一電圧の経時変化の一例を示している。曲線Ｌ１３は、スナバ回路３の抵抗器３１が短絡故障しているときの第一電圧の経時変化の一例を示している。曲線Ｌ１４は、スナバ回路３のコンデンサ３２が短絡故障しているときの第一電圧の経時変化の一例を示している。なお、図５の横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示している。
【００４６】
曲線Ｌ１０に示すように、正常時の第一電圧は、スイッチング素子２２の開閉制御の開始により、次第に増加し、その後、正常時電圧範囲ＶＲ０の電圧範囲で安定する。一方、曲線Ｌ１１に示すように、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障しているときの第一電圧は、スイッチング素子２２の開閉制御の開始により、次第に増加し、その後、一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１の電圧範囲で安定する。なお、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障しているときの第一電圧は、正常時の第一電圧と比べて、全体的に電圧が高くなっている。
【００４７】
また、曲線Ｌ１２に示すように、スナバ回路３の抵抗器３１が開放故障しているときの第一電圧は、スイッチング素子２２の開閉制御の開始により、次第に増加し、正常時の第一電圧が安定した以降も増加し続けている。これは、スナバ回路３の抵抗器３１が開放故障すると、スナバ回路３のコンデンサ３２が充電され続けることによる。なお、抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２は、一定時間（第一時間Ｔ１）に合わせて設定する。
【００４８】
一方、曲線Ｌ１３に示すように、スナバ回路３の抵抗器３１が短絡故障しているときの第一電圧は、スイッチング素子２２の開閉制御の開始により、次第に増加し、その後、抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ３の電圧範囲で安定する。なお、スナバ回路３の抵抗器３１が短絡故障しているときの第一電圧は、正常時の第一電圧と比べて、全体的に電圧が低くなっている。これは、スナバ回路３の抵抗器３１が短絡故障すると、スナバ回路３のインピーダンス（抵抗分）が変化することによる。
【００４９】
さらに、曲線Ｌ１４に示すように、スナバ回路３のコンデンサ３２が短絡故障しているときの第一電圧は、スイッチング素子２２の開閉制御の開始前後において変化せず、コンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４で一定である。これは、スナバ回路３のコンデンサ３２が短絡故障すると、第一電圧は、直流電源２４の正極２４ｐの電圧レベルに一致することによる。つまり、コンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４は、直流電源２４の正極２４ｐの電圧レベルに設定する。
【００５０】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１によれば、故障検出部６３は、開閉後検出電圧が一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１に含まれるときに一次巻線部２１ａの断線故障と判断し、開閉後検出電圧が抵抗器故障時電圧範囲ＶＲ２，ＶＲ３に含まれるときに抵抗器３１の開放故障または短絡故障と判断し、開閉後検出電圧がコンデンサ短絡故障時電圧範囲ＶＲ４に含まれるときにコンデンサ３２の短絡故障と判断する。これにより、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障、抵抗器３１の開放故障または短絡故障およびコンデンサ３２の短絡故障のうちのいずれかの故障を特定し、これらの故障を検出することができる。
【００５１】
（（一次巻線部２１ａの断線故障の検出））
一次巻線部２１ａの断線故障は、以下に示す方法で検出することもできる。具体的には、故障検出部６３は、ダイオード還流時間ＴＤ１が正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長いときに、一次巻線部２１ａの断線故障と判断すると好適である。ダイオード還流時間ＴＤ１は、定電流制御部６２によって定電流制御が行われているときに、スナバ回路３のダイオード３３を通って一次電流が還流されている時間をいう。また、正常時ダイオード還流時間ＴＤ０は、一次巻線部２１ａに断線故障がなく且つスナバ回路３のすべての受動素子に故障がないときのダイオード還流時間ＴＤ１をいう。
【００５２】
図６は、第一電圧および一次電流の経時変化の一例を示す波形図であり、一次巻線部２１ａに断線故障が発生していない場合の波形図である。曲線Ｌ２０は、正常時の第一電圧の経時変化の一例を示しており、図５の曲線Ｌ１０に示す波形を拡大したものである。曲線Ｌ２１は、一次巻線部２１ａに流れる一次電流の経時変化の一例を示している。なお、図６の横軸は、時間を示し、第一縦軸は、曲線Ｌ２０に示す波形の電圧を示し、第二縦軸は、曲線Ｌ２１に示す波形の電流を示している。
【００５３】
時刻Ｔ２０において、スイッチング素子２２は、開状態から閉状態に切り替えられる。そして、時刻Ｔ２０から時刻Ｔ２１までの時間、スイッチング素子２２は、閉状態に保持される。その結果、曲線Ｌ２１に示すように、一次巻線部２１ａに流れる一次電流は、増加している。このとき、曲線Ｌ２０に示すように、正常時の第一電圧は、緩やかに低下している。
【００５４】
次に、時刻Ｔ２１において、スイッチング素子２２は、閉状態から開状態に切り替えられる。そして、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２３までの時間、スイッチング素子２２は、開状態に保持される。その結果、曲線Ｌ２１に示すように、一次巻線部２１ａに流れる一次電流は減少し、時刻Ｔ２２において流れなくなる。このとき、曲線Ｌ２０に示すように、正常時の第一電圧は、一旦、上昇し、その後、緩やかに低下している。時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの時間は、スナバ回路３のダイオード３３を通って、一次電流が還流されている時間であり、正常時ダイオード還流時間ＴＤ０に相当する。
【００５５】
一方、図７は、第一電圧および一次電流の経時変化の一例を示す波形図であり、一次巻線部２１ａに断線故障が発生している場合の波形図である。曲線Ｌ３０は、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障しているときの第一電圧の経時変化の一例を示しており、図５の曲線Ｌ１１に示す波形を拡大したものである。曲線Ｌ３１は、一次巻線部２１ａに流れる一次電流の経時変化の一例を示している。なお、図７の横軸は、時間を示し、第一縦軸は、曲線Ｌ３０に示す波形の電圧を示し、第二縦軸は、曲線Ｌ３１に示す波形の電流を示している。
【００５６】
一次巻線部２１ａに断線故障が発生しているときも、断線故障が発生していないときと同様に、スイッチング素子２２は、開閉制御されている。しかしながら、一次巻線部２１ａの一部の一次巻線（例えば、一次巻線２１ａ１）が断線故障していると、スイッチング素子２２が閉状態のときに、電流検出器５（本実施形態では、シャント抵抗器）に流れる一次電流が減少する。そのため、一次巻線部２１ａに断線故障が発生していないときと同等の一次電流を流すように定電流制御が行われると、断線故障が発生していないときと比べて、スイッチング素子２２を閉状態に保持する時間が長くなる。
【００５７】
つまり、スイッチング素子２２が閉状態から開状態に切り替えられる時刻である時刻Ｔ２１ａは、時刻Ｔ２１と比べて遅れる。その結果、曲線Ｌ３１に示すように、一次巻線部２１ａに断線故障が発生しているときの一次電流の最大値（ピーク値）Ｉｍ１は、正常時の一次電流の最大値（ピーク値）Ｉｍ０と比べて、大きくなっている。また、曲線Ｌ３０に示すように、一次巻線部２１ａに断線故障が発生しているときの第一電圧は、正常時の第一電圧と比べて、増加している。
【００５８】
このように、一次巻線部２１ａに断線故障が発生しているときの一次電流の最大値（ピーク値）Ｉｍ１は、正常時の一次電流の最大値（ピーク値）Ｉｍ０と比べて、大きくなる。そのため、スナバ回路３のダイオード３３を通って、一次電流が還流されている時間（ダイオード還流時間ＴＤ１）は、正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長くなる。よって、故障検出部６３は、ダイオード還流時間ＴＤ１が正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長いときに、一次巻線部２１ａの断線故障と判断することができる。なお、図７に示す時刻Ｔ２２ａは、図６に示す時刻Ｔ２２に対応する。
【００５９】
ここで、定電流制御部６２によって定電流制御が行われているときに、スイッチング素子２２が閉状態に保持されている時間を閉状態保持時間ＴＫ１とする。また、一次巻線部２１ａに断線故障がなく且つスナバ回路３のすべての受動素子に故障がないときの閉状態保持時間ＴＫ１を正常時閉状態保持時間ＴＫ０とする。図６および図７に示すように、閉状態保持時間ＴＫ１が正常時閉状態保持時間ＴＫ０と比べて長いときは、ダイオード還流時間ＴＤ１は、正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長くなる。
【００６０】
よって、故障検出部６３は、閉状態保持時間ＴＫ１が正常時閉状態保持時間ＴＫ０と比べて長いときに、ダイオード還流時間ＴＤ１が正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長いと判断することもできる。そして、故障検出部６３は、閉状態保持時間ＴＫ１が正常時閉状態保持時間ＴＫ０と比べて長いときに、一次巻線部２１ａの断線故障と判断することもできる。閉状態保持時間ＴＫ１は、駆動制御部６１によって生成される開閉制御信号（パルス信号）から容易に知得することができる。
【００６１】
また、電流検出器５は、定電流制御部６２によって定電流制御が行われているときに、スイッチング素子２２が閉状態に保持されているときの一次電流の最大値（ピーク値）を検出することもできる。このときの一次電流の最大値（ピーク値）を一次電流最大値Ｉｍとする。また、一次巻線部２１ａに断線故障がなく且つスナバ回路３のすべての受動素子に故障がないときの一次電流最大値Ｉｍを正常時一次電流最大値Ｉｍ０とする。故障検出部６３は、一次電流最大値Ｉｍが正常時一次電流最大値Ｉｍ０と比べて大きいときに、ダイオード還流時間ＴＤ１が正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長いと判断することができる。そして、故障検出部６３は、一次電流最大値Ｉｍが正常時一次電流最大値Ｉｍ０と比べて大きいときに、一次巻線部２１ａの断線故障と判断することができる。
【００６２】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１によれば、故障検出部６３は、ダイオード還流時間ＴＤ１が正常時ダイオード還流時間ＴＤ０と比べて長いときに、一次巻線部２１ａの断線故障と判断する。これにより、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障を確実に検出することができる。また、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障と、スナバ回路３を構成する受動素子の故障とを切り分けることができる。よって、一次巻線故障時電圧範囲ＶＲ１が正常時電圧範囲ＶＲ０と近似している場合であっても、故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障を確実に検出することができる。
【００６３】
（（ダイオード３３の短絡故障の検出））
電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後であって、スイッチング素子２２が閉状態のときの第一電圧を検出することもできる。そして、故障検出部６３は、スイッチング素子２２が閉状態のときの開閉後検出電圧が、直流電源２４の負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれるときに、ダイオード３３の短絡故障と判断すると好適である。
【００６４】
スイッチング素子２２が閉状態のときには、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が導通状態になり、スイッチング素子２２のドレイン２２ａの電圧レベルは、直流電源２４の負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれる。なお、負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲には、電流検出器５のシャント抵抗器による電圧降下分が含まれる。
【００６５】
ダイオード３３の短絡故障が発生しているときは、ダイオード３３のアノード３３ａ側とカソード３３ｂ側が同電位になっている。そのため、スイッチング素子２２が閉状態のときの開閉後検出電圧は、直流電源２４の負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれる。よって、故障検出部６３は、スイッチング素子２２が閉状態のときの開閉後検出電圧が、直流電源２４の負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれるときに、ダイオード３３の短絡故障と判断することができる。
【００６６】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１によれば、故障検出部６３は、スイッチング素子２２が閉状態のときの開閉後検出電圧が、直流電源２４の負極２４ｎの電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれるときに、ダイオード３３の短絡故障と判断する。これにより、故障検出部６３は、ダイオード３３の短絡故障を特定し、ダイオード３３の短絡故障を検出することができる。
【００６７】
また、ダイオード３３の短絡故障は、以下に示す方法で検出することもできる。具体的には、電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後に、第一電圧および第二電圧を同時に検出することもできる。第二電圧は、ダイオード３３のアノード３３ａと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧、または、ダイオード３３のアノード３３ａと直流電源２４の正極２４ｐとの間の電圧をいう。
【００６８】
本実施形態では、電圧検出器４は、第二電圧として、ダイオード３３のアノード３３ａと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧を検出する。なお、直流電源２４の出力電圧（正極２４ｐと負極２４ｎとの間の電圧）から、ダイオード３３のアノード３３ａと直流電源２４の負極２４ｎとの間の電圧を減じると、直流電源２４の正極２４ｐとダイオード３３のアノード３３ａとの間の電圧が得られる。よって、電圧検出器４は、第二電圧として、いずれの電圧を検出しても良い。
【００６９】
ダイオード３３に短絡故障が発生しているときは、ダイオード３３のアノード３３ａとカソード３３ｂとの間が、同電位になる。よって、故障検出部６３は、電圧検出器４によって検出された第一電圧および第二電圧が同等の電圧レベルに相当する電圧範囲に含まれるときに、ダイオード３３の短絡故障と判断することもできる。これにより、故障検出部６３は、ダイオード３３の短絡故障を特定し、ダイオード３３の短絡故障を検出することができる。
【００７０】
（（ダイオード３３の開放故障の検出））
電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させた後であって、スイッチング素子２２が開状態のときの第一電圧および第二電圧を同時に検出することもできる。そして、故障検出部６３は、電圧検出器４によって検出された第二電圧から第一電圧を減じた電位差が、スナバ回路３のダイオード３３の順方向電圧に相当する電圧範囲に含まれないときに、ダイオード３３の開放故障と判断すると好適である。
【００７１】
スイッチング素子２２が閉状態から開状態に切り替わると、一次巻線部２１ａに流れる一次電流は、スナバ回路３のダイオード３３を通って還流される。このとき、ダイオード３３のアノード３３ａとカソード３３ｂとの間の電位差は、ダイオード３３の順方向電圧に相当する電圧範囲に含まれる。
【００７２】
ダイオード３３の開放故障が発生しているときは、一次電流がダイオード３３を通って還流されない。そのため、ダイオード３３のアノード３３ａとカソード３３ｂとの間の電位差は、ダイオード３３の順方向電圧に相当する電圧範囲に含まれない。よって、故障検出部６３は、電圧検出器４によって検出された第二電圧から第一電圧を減じた電位差が、スナバ回路３のダイオード３３の順方向電圧に相当する電圧範囲に含まれないときに、ダイオード３３の開放故障と判断することができる。これにより、故障検出部６３は、ダイオード３３の開放故障を特定し、ダイオード３３の開放故障を検出することができる。
【００７３】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態と比べて、電圧検出器４が第一電圧を検出するタイミングが異なる。具体的には、電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させているときに、第一電圧を複数回検出する。そして、故障検出部６３は、検出された複数の第一電圧に基づいて、コンデンサ３２の開放故障を判断する。なお、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の構成は、第１実施形態と同様である。また、駆動制御部６１および定電流制御部６２における制御は、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７４】
本実施形態の故障検出部６３は、コンデンサ３２の開放故障を判断する。故障検出部６３は、図８に示すフローチャートに従って故障検出プログラムを実行することにより、上記故障を検出することができる。故障検出プログラムは、第１実施形態と同様の方法で、記憶され、読み出され、実行される。以下、図８に示すフローチャートを参照しつつ、故障検出手順について説明する。
【００７５】
まず、故障検出部６３は、駆動制御部６１がスイッチング素子２２の開閉制御を開始してから、一定時間（以下、第二時間Ｔ２で示す。）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。第二時間Ｔ２は、第一時間Ｔ１より短いものとする。一定時間（第二時間Ｔ２）が経過した場合（ステップＳ２０１でＹｅｓの場合）、故障検出部６３は、電圧検出器４に対してトリガ信号を発信し、電圧検出器４は、第一電圧を検出する（ステップＳ２０２）。一方、一定時間（第二時間Ｔ２）が経過していない場合（ステップＳ２０１でＮｏの場合）、故障検出制御は、ステップＳ２０１に戻る。この場合、故障検出部６３は、一定時間（第二時間Ｔ２）が経過するまで待機する。
【００７６】
次に、故障検出部６３は、電圧検出器４が第一電圧をＮ回、検出したか否かを判断する（ステップＳ２０３）。Ｎは、第一電圧を検出する回数であり、２以上の自然数とする。Ｎが大きくなる程、第一電圧の検出数が増加する。よって、故障検出部６３は、第一電圧のばらつき（後述する開閉中検出電圧の散布度）を知得し易くなる。第一電圧をＮ回、検出した場合（ステップＳ２０３でＹｅｓの場合）、故障検出制御は、ステップＳ２０４に進む。一方、第一電圧をＮ回、検出していない場合（ステップＳ２０３でＮｏの場合）、故障検出制御は、ステップＳ２０１に戻る。この場合、故障検出部６３は、電圧検出器４が第一電圧をＮ回、検出するまで上述の処理を繰り返す。以上のようにして、電圧検出器４は、制御装置２３（駆動制御部６１）がスイッチング素子２２を一定時間（第一時間Ｔ１）断続的に開閉させているときに、第一電圧を複数回（Ｎ回）、検出することができる。
【００７７】
ステップＳ２０４では、故障検出部６３は、開閉中検出電圧の散布度がサージ電圧分布範囲ＶＲ５に含まれるか否かを判断する。開閉中検出電圧は、電圧検出器４によって検出された第一電圧の複数（本実施形態では、Ｎ個）の検出電圧をいう。また、サージ電圧分布範囲ＶＲ５は、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧の電圧分布に相当する電圧範囲をいう。
【００７８】
コンデンサ３２に開放故障が発生していると、スナバ回路３は、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧を低減することができなくなる。その結果、図９に示すように、第一電圧は、図５に示す電圧範囲と比べて、大きな電圧範囲（図５に示す電圧範囲の数倍の電圧範囲）で増減する。なお、図９の横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示している。
【００７９】
開閉中検出電圧の散布度は、開閉中検出電圧のばらつきの範囲を示している。故障検出部６３は、例えば、開閉中検出電圧の標準偏差を算出し、標準偏差に基づいて、開閉中検出電圧の散布度を算出することができる。そして、開閉中検出電圧の散布度がサージ電圧分布範囲ＶＲ５に含まれるか否かを判断することができる。なお、散布度の算出方法は、統計的な手法に限定されない。
【００８０】
図９に示すように、コンデンサ３２に開放故障が発生しているときの第一電圧の最大値（ピーク値）は、コンデンサ３２が正常な場合と比べて、数倍大きくなる。そのため、故障検出部６３は、例えば、コンデンサ３２の開放故障時の第一電圧の基準電圧ＶＲ６を設定しておき、基準電圧ＶＲ６より大きな第一電圧が所定回数、検出されるか否かによって、開閉中検出電圧の散布度がサージ電圧分布範囲ＶＲ５に含まれるか否かを判断することもできる。基準電圧ＶＲ６は、コンデンサ３２の開放故障以外の故障（一次巻線部２１ａの断線故障、抵抗器３１の開放故障または短絡故障、コンデンサ３２の短絡故障、ダイオード３３の開放故障または短絡故障）では、検出されない第一電圧の検出電圧に設定すると良い。
【００８１】
開閉中検出電圧の散布度がサージ電圧分布範囲ＶＲ５に含まれる場合（ステップＳ２０４でＹｅｓの場合）、故障検出制御は、ステップＳ２０５に進む。そして、故障検出部６３は、コンデンサ３２の開放故障と判断する（ステップＳ２０５）。次に、故障検出部６３は、駆動制御部６１に対して、スイッチング素子２２を開状態にするように指示し、トランス２１の出力を停止する（ステップＳ２０６）。具体的には、駆動制御部６１は、スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与する電圧レベルをローレベルにする。そして、故障検出制御は、一旦、終了する。
【００８２】
一方、開閉中検出電圧の散布度がサージ電圧分布範囲ＶＲ５に含まれない場合（ステップＳ２０４でＮｏの場合）、故障検出制御は、ステップＳ２０７に進む。そして、故障検出部６３は、コンデンサ３２の開放故障が発生していないと判断する（ステップＳ２０７）。そして、故障検出制御は、一旦、終了する。
【００８３】
本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１によれば、故障検出部６３は、電圧検出器４によって検出された第一電圧の複数の検出電圧である開閉中検出電圧の散布度が、スイッチング素子２２の開閉によって発生するサージ電圧の電圧分布に相当する電圧範囲（サージ電圧分布範囲ＶＲ５）に含まれるときに、コンデンサ３２の開放故障と判断する。これにより、故障検出部６３は、コンデンサ３２の開放故障を特定し、コンデンサ３２の開放故障を検出することができる。
【００８４】
なお、本発明は、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた実施形態とすることもできる。具体的には、電圧検出器４は、開閉中検出電圧および開閉後検出電圧の両方を検出することもできる。そして、故障検出部６３は、第１実施形態で既述の故障検出および第２実施形態で既述の故障検出の両方を行うこともできる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１の故障検出部６３は、一次巻線部２１ａの断線故障、抵抗器３１の開放故障または短絡故障、コンデンサ３２の開放故障または短絡故障、ダイオード３３の開放故障または短絡故障のすべての故障を特定し、すべての故障を検出することができる。
【００８５】
＜第３実施形態＞
本実施形態は、フォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ２を備える点で、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ２を備える第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８６】
図１０に示すように、一次巻線部２１ａの巻始め位置は、二次巻線部２１ｂの巻始め位置に対向している。図１０では、図１と同様に、一次巻線部２１ａおよび二次巻線部２１ｂの巻始め位置は、それぞれ黒丸で示されている。また、本実施形態では、トランス２１の二次側の回路構成が、第１実施形態と異なる。
【００８７】
二次巻線部２１ｂの一端側（巻始め側）には、ダイオード２１ｃのアノード側が接続され、ダイオード２１ｃのカソード側は、コイル２１ｇの一端側に接続されている。また、ダイオード２１ｃのカソード側およびコイル２１ｇの一端側は、ダイオード２１ｈのカソード側に接続されている。ダイオード２１ｈのアノード側は、二次巻線部２１ｂの他端側（巻終り側）に接続されている。さらに、コイル２１ｇの他端側は、コンデンサ２１ｄの正極側に接続されている。コンデンサ２１ｄの負極側は、ダイオード２１ｈのアノード側に接続されている。なお、コイル２１ｇは、公知のチョークコイルを用いることができる。また、ダイオード２１ｈは、公知の転流ダイオードを用いることができる。
【００８８】
本実施形態においても、駆動制御部６１は、パルス信号をスイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与する。スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与される電圧がハイレベルのときには、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が導通した閉状態になる。このとき、一次巻線部２１ａに逆起電力が発生し、二次巻線部２１ｂに誘導起電力が発生する。その結果、二次巻線部２１ｂからダイオード２１ｃを通って、コイル２１ｇに電流が流れる。このとき、コイル２１ｇに電磁エネルギーが蓄えられる。
【００８９】
スイッチング素子２２のゲート２２ｃに付与される電圧がローレベルのときには、スイッチング素子２２のドレイン２２ａとソース２２ｂとの間が遮断された開状態になる。スイッチング素子２２が閉状態から開状態になると、二次巻線部２１ｂからダイオード２１ｃを通って、コイル２１ｇに流れる電流が減少する。そのため、当該電流の減少を妨げるように、コイル２１ｇに起電力が発生する。その結果、コイル２１ｇに蓄えられた電磁エネルギーが放出されて、ダイオード２１ｈ、コイル２１ｇを通る電流が流れる。このようにして、出力端子２１ｅ，２１ｆから直流電力が出力される。
【００９０】
このように、フォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子２２が閉状態のときに、トランス２１の一次側から二次側に電力を伝える。一方、第１実施形態で既述のとおり、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子２２が開状態のときに、トランス２１の一次側から二次側に電力を伝える。つまり、フライバック型およびフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、トランス２１の一次側から二次側に電力を伝えるときのスイッチング素子２２の開閉状態が異なる。
【００９１】
しかしながら、いずれの方式においても、トランス２１の一次側の回路構成は、同様の回路構成にすることができる。よって、故障検出部６３は、第１実施形態と同様の故障検出制御を行うことができる。また、故障検出部６３は、第２実施形態と同様の故障検出制御を行うこともできる。さらに、本実施形態においても、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた実施形態とすることができる。このように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、第１実施形態および第２実施形態で既述の作用効果を得ることができる。
【００９２】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、公知の起動回路、保護回路（例えば、過電圧保護回路、過電流保護回路、突入電流保護回路など）、帰還回路などを設けることができる。一次巻線部２１ａの全ての一次巻線（既述の実施形態では、一次巻線２１ａ１，２１ａ２）が断線故障していると、二次電圧の出力が得られない。スイッチング素子２２が開放故障しているときも同様である。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置１は、二次電圧を帰還させる帰還回路を設け、故障検出部６３は、二次電圧の出力が得られないときに、これらの故障と判断することもできる。なお、スイッチング素子２２の短絡故障は、一次電流が過電流になることにより、故障を検出することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：ＤＣ／ＤＣコンバータの故障検出装置、
２：ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２１：トランス、２１ａ：一次巻線部、２１ａ１，２１ａ２：一次巻線、
２２：スイッチング素子、２３：制御装置、２４：直流電源、
３：スナバ回路、
３０：並列接続部、３１：抵抗器、３２：コンデンサ、
３３：ダイオード、３３ａ：アノード、３３ｂ：カソード、
４：電圧検出器、
５：電流検出器、
６２：定電流制御部、
６３：故障検出部。
【図１】
2016092939.tif 000003
【図２】
2016092939.tif 000004
【図３】
2016092939.tif 000005
【図４】
2016092939.tif 000006
【図５】
2016092939.tif 000007
【図６】
2016092939.tif 000008
【図７】
2016092939.tif 000009
【図８】
2016092939.tif 000010
【図９】
2016092939.tif 000011
【図１０】
2016092939.tif 000012