(57)【要約】【課題】磁気素子の異常を好適に判定する。【解決手段】マルチポート電源回路の異常検知方法は、複数のスイッチング素子のオンオフを切換えて、回路接続パターンを変化させる接続パターン変化工程（Ｓ１０２）と、変化される回路接続パターン毎に等価インダクタンスを算出する等価インダクタンス算出工程（Ｓ１０５）と、通常運転時におけるトランスのセンタータップ電流波形の傾きを取得する傾き取得工程（Ｓ１０６）と、回路接続パターン毎の等価インダクタンス及びセンタータップ電流波形の傾きから、トランス及びリアクトルの各々のインダクタンス及び結合率を夫々算出する素子別算出工程（Ｓ１０７）と、トランス及びリアクトルの各々のインダクタンス及び結合率に基づいて、トランス及びリアクトルの異常を個別に判定する異常判定工程（Ｓ１０８）とを備える。【選択図】図２
2017085704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子、トランス及びリアクトルを備えるマルチポート電源回路の異常検知方法であって、
前記複数のスイッチング素子のオンオフを切換えて、前記マルチポート電源回路の回路接続パターンを変化させる接続パターン変化工程と、
前記変化工程で変化される前記回路接続パターン毎に前記マルチポート電源回路の電流及び電圧を検出し、前記回路接続パターン毎の等価インダクタンスを算出する等価インダクタンス算出工程と、
通常運転時における前記トランスのセンタータップ電流波形の傾きを取得する傾き取得工程と、
前記回路接続パターン毎の等価インダクタンス及び前記センタータップ電流波形の傾きから、前記トランス及び前記リアクトルの各々のインダクタンス及び結合率を夫々算出する素子別算出工程と、
前記トランス及び前記リアクトルの各々のインダクタンス及び結合率に基づいて、前記トランス及び前記リアクトルの異常を個別に判定する異常判定工程と
を備えることを特徴とするマルチポート電源回路の異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気素子回路を備えて構成されるマルチポート電源回路の異常検知方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の１つとして、１次側回路と２次側回路とが磁気結合されたマルチポート電源回路が知られている。例えば特許文献１及び２では、リアクトル及びトランスを磁気素子として含むマルチポート電源回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１００１９８号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３０３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マルチポート電源回路に含まれる磁気素子は、破損やずれ、異物混入等によって異常が発生し得る。このような異常を解消するためには、どの磁気素子が原因で異常が発生しているのかを判別することが好ましい。しかしながら、上述した特許文献１及び２を含む既存の技術では、異常の発生を検知できたとしても、異常の原因である磁気素子を判別することはできない。このため、異常が発生した場合には、電源全体をオフにする等の処置をとらざるを得ないという技術的問題点が生ずる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、磁気素子の異常を好適に判定することが可能なマルチポート電源回路の異常検知方法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】
【０００６】
本発明のマルチポート電源回路の異常検知方法は、複数のスイッチング素子、トランス及びリアクトルを備えるマルチポート電源回路の異常検知方法であって、前記複数のスイッチング素子のオンオフを切換えて、前記マルチポート電源回路の回路接続パターンを変化させる接続パターン変化工程と、前記変化工程で変化される前記回路接続パターン毎に前記マルチポート電源回路の電流及び電圧を検出し、前記回路接続パターン毎の等価インダクタンスを算出する等価インダクタンス算出工程と、通常運転時における前記トランスのセンタータップ電流波形の傾きを取得する傾き取得工程と、前記回路接続パターン毎の等価インダクタンス及び前記センタータップ電流波形の傾きから、前記トランス及び前記リアクトルの各々のインダクタンス及び結合率を夫々算出する素子別算出工程と、前記トランス及び前記リアクトルの各々のインダクタンス及び結合率に基づいて、前記トランス及び前記リアクトルの異常を個別に判定する異常判定工程とを備える。
【０００７】
本発明のマルチポート電源回路の異常検知方法では、回路接続パターン毎に算出された等価インダクタンスと、通常運転時におけるセンタータップ電流の傾きとから、トランス及びリアクトルの各々のインダクタンス及び結合率が夫々算出される。これらインダクタンス及び結合率の値を利用すれば、トランス及びリアクトルの異常を個別に判定することができる。従って、磁気素子の異常に対し適切な処置をとることができる。
【０００８】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るマルチポート電源回路の構成を示す回路図である。
【図２】実施形態に係る異常検出処理の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】第１接続パターン時の回路動作を示す図である。
【図４】第１接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。
【図５】第２接続パターン時の回路動作を示す図である。
【図６】第２接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。
【図７】第３接続パターン時の回路動作を示す図である。
【図８】第３接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。
【図９】第４接続パターン時の回路動作を示す図である。
【図１０】トランスの異常判定方法及び処置例を示す表である。
【図１１】リアクトルの異常判定方法及び処置例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のマルチポート電源回路の異常検知方法に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１１】
（マルチポート電源回路の構成）
先ず、本実施形態に係るマルチポート電源回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係るマルチポート電源回路の構成を示す回路図である。
【００１２】
図１において、本実施形態に係るマルチポート電源回路は、低圧側回路と高圧側回路がトランス２００によって磁気結合されることにより構成されている。トランス２００は、第１巻線３０と、第２巻線３８とを備えて構成されている。トランス２００の第１巻線３０と第２巻線３８とは、鉄心を共有するなどして磁気的に結合している。マルチポート電源回路は、トランス２００の一方側（図の左側）にポートＡ及びポートＣを有し、トランス２００の他方側（図の右側）にポートＢを有している。
【００１３】
ポートＡは、一対の端子１０、１２を有し、端子１０、１２の間にはコンデンサ１４が配置されている。端子１０は正側母線１６に接続されており、端子１２は負側母線１８に接続されている。そして、正側母線１６、負側母線１８間にはスイッチング素子２０、２２の直列接続と、スイッチング素子２４、２６の直列接続とが配置されている。なお、スイッチング素子２０、２２、２４及び２６の各々は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）として構成されている。
【００１４】
スイッチング素子２０、２２の接続点は、リアクトル１００を構成する磁気結合インダクタ２８を介し、トランス２００の第１巻線３０の一端に接続されている。スイッチング素子２０、２２の接続点と、磁気結合インダクタ２８との間には、低圧側電流センサ６１が設けられている。スイッチング素子２４、２６の接続点は、リアクトル１００を構成する磁気結合インダクタ３２を介し、トランス２００の第１巻線３０の他端に接続されている。スイッチング素子２０、２２と、スイッチング素子２４、２６との間には、低圧側電圧センサ６２が設けられている。
【００１５】
ポートＣは、端子３４と、ポートＡの端子１２との間で形成され、端子３４、１２間にはコンデンサ３６が配置されている。ポートＣの端子３４は、スイッチ７０を介して、トランス２００のセンタータップに接続されている。端子３４と、スイッチ７０との間には、センタータップ電流センサ６３が設けられている。
【００１６】
ポートＢは、一対の端子４０、４２を有し、端子４０、４２の間にはコンデンサ４４が配置されている。端子４０は正側母線４６に接続されており、端子４２は負側母線４８に接続されている。そして、正側母線４６、負側母線４８間にはスイッチング素子５０、５２の直列接続と、スイッチング素子５４、５６の直列接続とが配置されている。
【００１７】
スイッチング素子５０、５２の接続点は、トランス２００の第２巻線３８の一端に接続されている。スイッチング素子５０、５２の接続点と、第２巻線３８との間には、高圧側電流センサ６４が設けられている。スイッチング素子５４、５６の接続点は、トランスの第２巻線３８の他端に接続されている。スイッチング素子５０、５２と、スイッチング素子５４、５６との間には、高圧側電圧センサ６５が設けられている。
【００１８】
以上説明したマルチポート電源回路は、ポートＡ及びポートＣ間で、昇圧コンバータとしての機能を発揮することが可能に構成されている。また、ポートＡ又はポートＣと、ポートＢとで絶縁コンバータ機能を発揮することが可能に構成されている。なお、このようなマルチポート電源回路の通常動作（即ち、電力変換動作）については、本発明と関連が薄いため詳細な説明を省略する。
【００１９】
（異常検出処理）
次に、上述したマルチポート電源回路で実行される異常検出処理について、図２を参照して説明する。ここに図２は、実施形態に係る異常検出処理の動作の流れを示すフローチャートである。なお、異常検出処理の各工程は、マルチポート電源回路の動作を制御するコントローラ（図示せず）によって実行される。
【００２０】
図２において、本実施形態に係るマルチポート電源回路の動作時には、先ず動作モードが磁気素子チェックモードであるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。即ち、動作モードが異常検出処理を実行すべきモードであるか否かが判定される。動作モードが磁気素子チェックモードであると判定されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２以降の異常検出処理が実行されることになる。一方で、動作モードが磁気素子チェックモードでないと判定されると（ステップＳ１０１：ＮＯ）、異常検出処理は実行されない。
【００２１】
異常検出処理が開始されると、低圧側回路のスイッチング素子２０、２２、２４及び２６と、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６とのオンオフが所定の組み合わせに切り替えられることで、マルチポート電源回路の回路接続パターンが変更される（ステップＳ１０２）。続いて、変更後の回路接続パターンで、マルチポート電源回路の電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌが検出される（ステップＳ１０３）。
【００２２】
上述した回路接続パターンの変更、並びに電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌの検出は、予め設定された複数の回路接続パターンの全てについて終了するまで、繰り返し実行される。これにより、複数の回路接続パターンについて、パターン毎の電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌが検出されることになる。全ての回路接続パターンについて電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌが検出されると（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、検出結果を利用して、回路の等価インダクタンスが算出される（ステップＳ１０５）。
【００２３】
次に、センタータップ電流の傾きが読み込まれる（ステップＳ１０６）。センタータップ電流の傾きは、マルチポート電源回路が通常動作をしている場合に（言い換えれば、異常検出処理を実行していない場合に）記録される。具体的には、動作開始時にマルチポート電源回路の動作モードが磁気素子チェックモードでないと判定されると（ステップＳ１０１：ＮＯ）、マルチポート電源回路が後述する第４接続パターンで通常動作しているか否かが判定される（ステップＳ２０１）。そして、マルチポート電源回路が第４接続パターンで通常動作している場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、センタータップ電流センサ６３でセンタータップ電流が検出される。センタータップ電流の値は連続して検出され、そこから算出されるセンタータップ電流の時間変化が、センタータップ電流の傾きとして記録される（ステップＳ２０２）。
【００２４】
次に、ステップＳ１０５で算出された等価インダクタンス、及びステップＳ１０６で読み込まれたセンタータップ電流の傾きから、トランス２００及びリアクトル１００の各々の、インダクタンスＬ及び結合率Ｋが算出される（ステップＳ１０７）。そして、算出されたインダクタンスＬ及び結合率Ｋに基づいて、トランス２００及びリアクトル１００の異常判定が個別に行われ、必要に応じて異常に対処するための処置が実施される（ステップＳ１０８）。
【００２５】
以上説明した一連の処理により、本実施形態に係る異常検出処理は終了する。異常検出処理における具体的な処理内容及びその効果については、以下で詳細に説明する。
【００２６】
（トランスのインダクタンス及び結合率の算出）
以下では、トランス２００のインダクタンス及び結合率の算出方法について、図３から図８を参照して具体的に説明する。ここに図３は、第１接続パターン時の回路動作を示す図であり、図４は、第１接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。図５は、第２接続パターン時の回路動作を示す図であり、図６は、第２接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。図７は、第３接続パターン時の回路動作を示す図であり、図８は、第３接続パターン時のリアクトル及びトランスの等価回路を示す図である。
【００２７】
本実施形態では、低圧側回路をオープンにする第１接続パターン、高圧側回路をオープンにする第２接続パターン、及び高圧側回路をショートにする第３接続パターンの３つの回路接続パターンについて電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌを夫々検出して、その結果から回路の等価インダクタンスを算出する。等価インダクタンスからは、トランス２００のインダクタンス及び結合率を算出することができる。
【００２８】
図３に示すように、第１接続パターンは、低圧側回路のスイッチング素子２０、２２、２４及び２６の全てをオフにすると共に、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６をクロスでオンすることにより実現される。第１接続パターンとされたマルチポート電源回路は、図４に示す等価回路とみなせる。よって、第１接続パターンで検出される電流ｉｔｏｔａｌは、高圧側電流センサ６４の検出値である。また、第１接続パターンで検出される電圧Ｖｔｏｔａｌは、高圧側電圧センサ６５の検出値である。
【００２９】
第１接続パターンでは、トランス２００のインダクタンスをＬ２とすると、下記数式（１）が成立する。
【００３０】
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｌ２×（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（１）
【００３１】
上記数式（１）から、下記数式（２）が導かれる。
【００３２】
Ｌ２＝Ｖｔｏｔａｌ×（Δｔ／Δｉｔｏｔａｌ）  ・・・（２）
なお、Δｔは交流電流の周波数であり、Δｉｔｏｔａｌは高圧側電流センサ６４の検出値に対応している。
【００３３】
従って、電流ｉｔｏｔａｌ及び電圧Ｖｔｏｔａｌを検出しておけば、上記数式（２）により、トランス２００のインダクタンスＬ２を求めることができる。
【００３４】
図５に示すように、第２接続パターンは、低圧側回路のスイッチング素子２０、２２、２４及び２６をクロスでオンにすると共に、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６を全てオフにすることにより実現される。第２接続パターンとされたマルチポート電源回路は、図６に示す等価回路とみなせる。よって、第２接続パターンで検出される電流ｉｔｏｔａｌは、低圧側電流センサ６１の検出値である。また、第２接続パターンで検出される電圧Ｖｔｏｔａｌは、低圧側電圧センサ６２の検出値である。
【００３５】
第２接続パターンでは、リアクトル１００の結合率をＫＬ、リアクトル１００のインダクタンスをＬｕ、巻数比をＮとすると、下記数式（３）が成立する。
【００３６】
Ｖｔｏｔａｌ＝｛２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋Ｌ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（３）
【００３７】
上記数式（３）から、下記数式（４）が導かれる。
【００３８】
｛２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋Ｌ２｝＝Ｖｔｏｔａｌ×（Δｔ／Δｉｔｏｔａｌ）  ・・・（４）
【００３９】
図７に示すように、第３接続パターンは、低圧側回路のスイッチング素子２０、２２、２４及び２６をクロスでオンにすると共に、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６のうち、上側のスイッチング素子５０及び５４をオフ、下側のスイッチング素子５２及び５６をオンにすることにより実現される。第３接続パターンとされたマルチポート電源回路は、図８に示す等価回路とみなせる。よって、第３接続パターンで検出される電流ｉｔｏｔａｌは、低圧側電流センサ６１の検出値である。また、第３接続パターンで検出される電圧Ｖｔｏｔａｌは、低圧側電圧センサ６２の検出値である。
【００４０】
第３接続パターンでは、トランス２００の結合率をＫＴｒ、回路各部の電流をｉ２１、ｉ２２、電圧をＶ１、Ｖ２、Ｖ３とすると、下記数式（５）、（６）、（７）、（８）が成立する。
【００４１】
Ｖ１＝｛（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ）Ｌ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（５）
Ｖ２＝ＫＴｒＬ２（ｄｉ２１／ｄｔ）  ・・・（６）
Ｖ２＝（１−ＫＴｒ）Ｌ２（ｄｉ２２／ｄｔ）  ・・・（７）
Ｖ３＝｛（１−ＫＬ）ＬｕＮ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（８）
【００４２】
上記数式（６）及び（７）から、下記数式（９）が導かれる。
【００４３】
Ｖ２／（ＫＴｒＬ２）＋Ｖ２／｛（１−ＫＴｒ）Ｌ２｝＝（ｄｉ２１／ｄｔ）＋（ｄｉ２２／ｄｔ）
＝｛Ｌ２／（１−ＫＴｒ）ＫＴｒＬ２２｝Ｖ２＝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（９）
【００４４】
更に、上記数式（９）から、下記数式（１０）が導かれる。
【００４５】
Ｖ２＝（１−ＫＴｒ）ＫＴｒＬ２（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（１１）
【００４６】
ここで、Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３であるから、上記数式（５）、（８）及び（１１）から、下記数式（１２）が導かれる。
【００４７】
Ｖｔｏｔａｌ＝｛（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ）Ｌ２＋（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ）ＫＴｒＬ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）
＝｛２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ）Ｌ２＋（１−ＫＴｒ）ＫＴｒＬ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）
＝｛２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ２）Ｌ２｝（ｄｉｔｏｔａｌ／ｄｔ）  ・・・（１２）
【００４８】
上記数式（１２）から、下記数式（１３）が導かれる。
【００４９】
｛２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋（１−ＫＴｒ２）Ｌ２｝＝Ｖｔｏｔａｌ×（Δｔ／Δｉｔｏｔａｌ）  ・・・（１３）
【００５０】
ここで、等価インダクタンスの式である数式（４）及び数式（１３）から、以下の数式（１４）の関係が成立することが分かる。
【００５１】
ＫＴｒ２Ｌ２＝Ａ  ・・・（１４）
なお、Ａは定数値である。
【００５２】
上記数式（１４）に、数式（２）で求めたトランス２００のインダクタンスＬ２を代入すれば、トランス２００の結合率ＫＴｒを求めることができる。
【００５３】
（リアクトルのインダクタンス及び結合率の算出）
次に、リアクトル１００のインダクタンス及び結合率の算出方法について、図９を参照して具体的に説明する。ここに図９は、第４接続パターン時の回路動作を示す図である。
【００５４】
リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬは、上記数式（４）に加えて、センタータップ電流ｉｃの傾きを利用して算出することができる。センタータップ電流ｉｃの傾きは、マルチポート電源回路が第４接続パターンで通常動作をしている際に算出される。
【００５５】
図９に示すように、第４接続パターンは、低圧側回路のスイッチング素子２０、２２、２４及び２６のうち、上側のスイッチング素子２０及び２４をオフ、下側のスイッチング素子２２及び２６をオンにすると共に、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６のうち、上側のスイッチング素子５２及び５４をオフ、下側のスイッチング素子５２及び５６をオンにすることにより実現される。第４接続パターンでは、マルチポート電源回路の昇圧コンバータとしての機能が強められる。
【００５６】
第４接続パターンにおけるセンタータップ電流ｉｃの傾きは、ポートＣの電圧をＶｃとすると、以下の数式（１５）で表すことができる。
【００５７】
ｄｉｃ／ｄｔ＝２Ｖｃ／｛（１＋ＫＬ）ＬｕＮ２｝  ・・・（１５）
【００５８】
ここで、センタータップ電流ｉｃとポートＣの電圧をＶｃの値はセンサ値から求めることができるため、以下の数式（１６）が成立する。
【００５９】
（１＋ＫＬ）ＬｕＮ２＝Ｂ  ・・・（１６）
なお、Ｂは定数値である。
【００６０】
他方で、上記数式（４）について、Ｖｔｏｔａｌ×（Δｔ／Δｉｔｏｔａｌ）及びＬ２の値は、それぞれセンサ値及び数式（２）から得られるため、以下の数式（１７）が成立する。
【００６１】
（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＝Ｃ  ・・・（１７）
なお、Ｃは定数値である。
【００６２】
上記数式（１６）及び（１７）から、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬを求めるための数式（１８）及び（１９）が導かれる。
【００６３】
ＫＬ＝（１−Ｃ／Ｂ）／（１＋Ｃ／Ｂ）  ・・・（１８）
Ｌｕ＝Ｂ／（１＋ＫＬ）Ｎ２  ・・・（１９）
【００６４】
（異常判定と対応処置）
次に、上述したトランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒと、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬとを利用した異常判定方法、並びに対応処置について、図１０及び図１１を参照して具体的に説明する。ここに図１０は、トランスの異常判定方法及び処置例を示す表である。また図１１は、リアクトルの異常判定方法及び処置例を示す表である。
【００６５】
本実施形態では、インダクタンスＬ及び結合率Ｋの変動を利用して、トランス２００及びリアクトル１００の異常を判定する。具体的には、インダクタンスＬ及び結合率Ｋの変動（即ち、上昇幅又は下降幅）が所定の閾値を超えているか否かを判定することで、トランス２００及びリアクトル１００の異常を判定する。なお、インダクタンスＬ及び結合率Ｋの変動は、初期値又は前回の処理で算出された値との差分として算出すればよい。
【００６６】
インダクタンスＬは、コアの断面積Ｓ、コアの周長ｌｃ、コアの透磁率μｃ、ギャップ長ｌｇ、ギャップの透磁率（＝空気の透磁率）μｇ、及び巻数比Ｎを用いると、以下の数式（２０）で表すことができる。
【００６７】
Ｌ＝Ｓ／（ｌｃ／μｃ＋ｌｇ／μｇ）×Ｎ２  ・・・（２０）
【００６８】
ここで、コアの周長ｌｃが数ｃｍの場合には、インダクタンスＬに対するコア周長ｌｃの寄与は極めて小さいと考えることができる。従って、上記数式（２０）のインダクタンスＬは、下記数式（２１）のように近似できる。
【００６９】
Ｌ＝Ｓ／（ｌｇ／μｇ）×Ｎ２  ・・・（２１）
【００７０】
数式（２１）を見れば分かるように、インダクタンスＬの変動が大きい場合には、コアの断面積Ｓ、ギャップ長ｌｇ、又は巻数比Ｎの少なくとも１つに変動があった可能性が高いと判断できる。具体的には、インダクタンスＬの上昇が大きい場合には、コアの断面積Ｓの拡大、ギャップ長ｌｇの縮小、巻数比Ｎの増加があったと判断できる。ただし、コアの断面積Ｓの拡大及び巻数比Ｎの増加は考え難いため、インダクタンスＬの上昇は、例えばギャップ板の破損等によるギャップ長ｌｇの縮小が原因である可能性が高い。一方で、インダクタンスＬの下降が大きい場合には、コアの断面積Ｓの縮小、ギャップ長ｌｇの拡大、巻数比Ｎの減少があったと判断できる。ただし、巻数比Ｎの減少は考え難いため、インダクタンスＬの下降は、例えば破損によるコアの断面積Ｓの縮小、コアずれ、コア破損、締結部緩み、ギャップ異物混入等によるギャップ長ｌｇの拡大が原因である可能性が高い。
【００７１】
結合率Ｋについても、上述したインダクタンスＬと同様に異常の判定に利用できる。具体的には、結合率Ｋの上昇は、例えばギャップ板の破損等によるギャップ長ｌｇの縮小が原因である可能性が高いと判断できる。また、結合率Ｋの下降は、例えばコアずれ、コア破損、締結部緩み、ギャップ異物混入等によるギャップ長ｌｇの拡大が原因である可能性が高いと判断できる。
【００７２】
インダクタンスＬ又は結合率Ｋが変動すると、マルチポート電源回路による伝送電力Ｐも変動する。伝送電力Ｐは、以下の数式（２２）で表される。
【００７３】
Ｐ＝ＮＶＡ・ＶＢ／（２π２ＬｔｏｔａｌｆＳＷ）×φ（２π−δ−φ／２）  ・・・（２２）
なお、ＶＡはポートＡの電圧、ＶＢはポートＢの電圧、ｆＳＷはマルチポート電源回路の駆動周波数、φはスイッチング位相差、δは下側スイッチング素子のオン時間、Ｌｔｏｔａｌは下記数式（２３）で表される回路の総インダクタンスである。
【００７４】
Ｌｔｏｔａｌ＝２（１−ＫＬ）ＬｕＮ２＋２（１−ＫＴｒ）Ｌ２  ・・・（２３）
【００７５】
数式（２２）及び（２３）を見れば分かるように、伝送電力Ｐは、トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒと、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬとを分母に持っている。このため、トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒや、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬが上昇すると、分母が小さくなり、その結果として、低圧側回路と高圧側回路のスイッチング位相差φの小さな変化で大電力が伝送されてしまう可能性がある。このような状況に対しては、例えば位相差制御ゲインを小さくする或いは上限を設ける等の処置が有効である。
【００７６】
図１０に示す例では、トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒが共に大きく上昇している場合には、トランス２００の状態が“要注意”と判定される。なお、“要注意”とは、異常とまでは言えないが、異常に極めて近い状態、或いは今後異常が発生する可能性が高い状態を意味している。インダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒの上昇は、既に説明したように、例えばギャップ板の破損等によりトランス２００のギャップが小さくなっていることに原因があると判断できる。よって、このような場合には、位相差調整ゲインを小さくする処置を実行して、伝送電力Ｐの急激な増大を抑制すればよい。
【００７７】
トランス２００のインダクタンスＬ２が大きく上昇する一方で、結合率ＫＴｒが大きく下降している場合、考え難い状態であるが、安全のために位相差調整ゲインを小さくする処置を実行すればよい。同様に、トランス２００のインダクタンスＬ２が大きく下降する一方で、結合率ＫＴｒが大きく上昇している場合も、考え難い状態であるが、安全のために位相差調整ゲインを小さくする処置を実行すればよい。
【００７８】
トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒが共に大きく下降している場合には、トランス２００の状態が“異常”と判定される。インダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒの下降は、既に説明したように、例えばコアずれ、コア破損、締結部緩み、ギャップ異物混入等によりトランス２００のギャップが大きくなっていることに原因があると判断できる。このような場合には、高圧側回路のスイッチング素子５０、５２、５４及び５６を全てオフにすると共に、低圧側回路の下側スイッチング素子２２及び２６のペアと上側スイッチング素子２０及び２４のペアとを交互にオンにして昇圧コンバータとして運転するようにマルチポート電源回路を制御すればよい（なお、下側スイッチング素子２２及び２６のオフ時に、上側スイッチング素子２０及び２４をオンにしなくても昇圧コンバータとしての機能は発揮されるが、上側スイッチング素子２０及び２４をオンにした方が損失が少なく済む）。また、ダイアグ表示によって、危険回避行動を促すようにしてもよい。
【００７９】
図１１に示す例では、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬが共に大きく上昇している場合には、リアクトル１００の状態が“異常”と判定される。インダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬの上昇は、既に説明したように、例えばギャップ板の破損等によりリアクトル１００のギャップが小さくなっていることに原因があると判断できる。よって、このような場合には、センタータップのスイッチ７０をオフにして、４８Ｖ側（即ち、ポートＡ）はトランス２００のみで運転し、１３．６Ｖ側（即ち、ポートＣ）は補機バッテリ（図示せず）等にて対応するように制御すればよい。また、ダイアグ表示によって、危険回避行動を促すようにしてもよい。
【００８０】
リアクトル１００のインダクタンスＬｕが大きく上昇する一方で、結合率ＫＬが大きく下降している場合、考え難い状態であるが、安全のために位相差調整ゲインを小さくする処置を実行すればよい。同様に、リアクトル１００のインダクタンスＬｕが大きく下降する一方で、結合率ＫＬが大きく下降している場合も、考え難い状態であるが、安全のために位相差調整ゲインを小さくする処置を実行すればよい。
【００８１】
リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬが共に大きく下降している場合には、リアクトル１００の状態が“異常”と判定される。インダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬの下降は、既に説明したように、例えばコアずれ、コア破損、締結部緩み、ギャップ異物混入等によりリアクトル１００のギャップが大きくなっていることに原因があると判断できる。このような場合には、センタータップのスイッチ７０をオフにして、４８Ｖ側（即ち、ポートＡ）はトランス２００のみで運転し、１３．６Ｖ側（即ち、ポートＣ）は補機バッテリ（図示せず）等にて対応するように制御すればよい。また、ダイアグ表示によって、危険回避行動を促すようにしてもよい。
【００８２】
なお、上述した異常判定及びそれに対する処置は、あくまで一例であり、トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒと、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬとに基づくものであれば、異なる異常判定及び異なる処置を行うようにしても構わない。
【００８３】
（発明の効果）
本実施形態に係るマルチポート電源回路の異常検知方法によれば、トランス２００及びリアクトル１００の異常を個別に判定できる。即ち、トランス２００に異常が発生しているのか、それともリアクトル１００に異常が発生しているのかを判定できる。このため、単に異常の発生有無を検知できるに過ぎない場合と比較すると、異常発生時に適切な処置を実行することが可能である。
【００８４】
本実施形態では更に、トランス２００のインダクタンスＬ２及び結合率ＫＴｒと、リアクトル１００のインダクタンスＬｕ及び結合率ＫＬとの変動から、異常の原因を具体的に特定することが可能である。よって、異常発生時には、その原因に応じた適切な処置を実行することが可能である。
【００８５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うマルチポート電源回路の異常検知方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１２  端子
１４  コンデンサ
２０，２２，２４，２６  スイッチング素子
２８，３２  磁気結合インダクタ
３０  第１巻線
３４  端子
３６  コンデンサ
３８  第２巻線
４０，４２  端子
４４  コンデンサ
５０，５２，５４，５６  スイッチング素子
６１  低圧側電流センサ
６２  低圧側電圧センサ
６３  センタータップ電流センサ
６４  高圧側電流センサ
６５  高圧側電圧センサ
７０  スイッチ
１００  リアクトル
２００  トランス
ｉ  電流
Ｖ  電圧
Ｌ  インダクタンス
Ｋ  結合率
Ｎ  巻数比
【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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