(57)【要約】【課題】第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することが可能なチョッパ回路を提供する。【解決手段】この降圧チョッパ回路１００（昇圧チョッパ回路３００）は、リアクトル２と、コンデンサ３と、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂと、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂと、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂの短絡を検出する電流検出部７および制御部８とを備え、制御部８は、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合に、第２スイッチング素子５ｂをオンする制御を行うとともに、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合に、第１スイッチング素子５ａをオンする制御を行うように構成されている。【選択図】図１
2017189083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルと、
直流出力回路と、
負荷に接続されるコンデンサ回路と、
前記コンデンサ回路に接続されている第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
前記第１ダイオードに直列に接続されている第１スイッチング素子と、
前記第２ダイオードに直列に接続されている第２スイッチング素子と、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードの短絡を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部により前記第１ダイオードの短絡が検出された場合に、前記第２スイッチング素子をオンする制御を行うとともに、前記短絡検出部により前記第２ダイオードの短絡が検出された場合に、前記第１スイッチング素子をオンする制御を行うように構成されている制御部とを備える、チョッパ回路。
【請求項２】
前記コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記第２スイッチング素子をオンする制御を行うとともに、前記短絡検出部により前記第２ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記第１スイッチング素子をオンする制御を行うように構成されている、請求項１に記載のチョッパ回路。
【請求項３】
前記リアクトルの電流の流れる方向を検出する電流方向検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流方向検出部が検出する電流の流れる向きが反転したことに基づいて、前記第２スイッチング素子をオフからオンに切り替える制御を行うように構成されている、請求項２に記載のチョッパ回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、前記電流方向検出部が検出する電流の流れる向きが前記コンデンサ回路のコンデンサを充電する向きから前記コンデンサ回路のコンデンサから放電される向きに反転したことに基づいて、前記第２スイッチング素子をオフからオンに切り替える制御を行うように構成されている、請求項３に記載のチョッパ回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記短絡検出部により前記第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、前記電圧検出部により検出された前記コンデンサ回路の電圧値が前記直流出力回路の正極の電圧値よりも小さい場合に、前記第２スイッチング素子をオフする制御を行うように構成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載のチョッパ回路。
【請求項６】
前記第１スイッチング素子に逆並列に接続されている第１逆並列ダイオードと、前記第２スイッチング素子に逆並列に接続されている第２逆並列ダイオードとをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のチョッパ回路。
【請求項７】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のチョッパ回路。
【請求項８】
前記チョッパ回路は、降圧チョッパ回路であり、
前記コンデンサ回路は、前記リアクトルに直列に接続されている降圧チョッパ用コンデンサを含み、
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードは、前記リアクトルを介して前記降圧チョッパ用コンデンサの両端に接続され、互いに直列に接続されており、
前記直流出力回路は、正極が前記第１スイッチング素子に接続されているとともに、負極が前記第１ダイオードのアノードに接続されている第１出力回路と、正極が前記第１出力回路の負極および前記第２ダイオードのカソードに接続されているとともに、負極が前記第２スイッチング素子に接続されている第２出力回路とを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のチョッパ回路。
【請求項９】
前記チョッパ回路は、昇圧チョッパ回路であり、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記リアクトルを介して前記直流出力回路の両端に接続され、互いに直列に接続されており、
前記コンデンサ回路は、前記第１スイッチング素子に接続されるとともに、前記第１ダイオードに接続される昇圧チョッパ用第１コンデンサと、前記第２スイッチング素子に接続されるとともに、前記第２ダイオードに接続される昇圧チョッパ用第２コンデンサとを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のチョッパ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チョッパ回路に関し、特に、第１ダイオードおよび第２ダイオードを備えるチョッパ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、第１ダイオードおよび第２ダイオードを備えるチョッパ回路が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、電力を阻止する第１のダイオードおよび第２のダイオードを備える降圧チョッパ回路が開示されている。この降圧チョッパ回路には、互いに直列に接続された第１の直流電源および第２の直流電源と、第１の直流電源のプラス側に接続された第１のスイッチング素子と、第２の直流電源のマイナス側に接続された第２のスイッチング素子とが設けられている。また、この降圧チョッパ回路には、第１の直流電源に並列に接続された第１のダイオードと第２の直流電源に並列に接続された第２のダイオードとが設けられている。また、降圧チョッパ回路には、平滑リアクトルが設けられている。そして、降圧チョッパ回路は、平滑リアクトルを用いて、第１の直流電源および第２の直流電源の電圧を降圧して、負荷に電力を供給するように構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、電力を阻止する第１ダイオードおよび第２ダイオードを備える昇圧チョッパ回路が開示されている。この昇圧チョッパ回路には、互いに直列に接続された第１トランジスタおよび第２トランジスタが設けられている。また、この昇圧チョッパ回路には、互いに直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサが設けられ、第１トランジスタと第２トランジスタの両端に、それぞれ第１ダイオードおよび第２ダイオードを介して接続されている。また、第１トランジスタ（第１のスイッチング素子）と第２トランジスタ（第２のスイッチング素子）との接続点と、第１コンデンサと第２コンデンサとが互いに接続されている。また、昇圧チョッパ回路には、コイルが設けられている。そして、昇圧チョッパ回路は、コイルを用いて、直流電源の電圧を昇圧して、負荷に電力を供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２００２６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−３８９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記特許文献１に記載の降圧チョッパ回路および上記特許文献２に記載の昇圧チョッパ回路（以下、「従来のチョッパ回路」）では、第１のダイオードまたは第２のダイオードのうちの一方が逆回復時のサージ電圧（逆回復サージ）等に起因して短絡故障する場合がある。この時、従来のチョッパ回路では、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子は、共に、オフされる制御が行われる。しかしながら、従来のチョッパ回路では、たとえば、第１のダイオードが短絡故障した場合で、かつ、負荷側（コンデンサまたは第１のコンデンサであり、以下「コンデンサ回路」とする）の電圧値が直流電源よりも大きい場合には、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子をオフした場合でも、コンデンサ回路からの電流が短絡した第１のダイオードを通過して、直流電源に逆流する。そして、直流電源から第２のスイッチング素子に電流が逆流して流れる。この場合、第２のスイッチング素子の劣化や故障の要因となる。たとえば、第２のスイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）に電流が流れることにより、第２のスイッチング素子の性能が劣化する場合や、第２のスイッチング素子から漏れ電流が生じて発熱することにより、第２のスイッチング素子が破損する場合があると考えられる。したがって、従来のチョッパ回路では、第１のダイオードまたは第２のダイオードの短絡故障に起因して、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子が劣化や故障する場合があるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することが可能なチョッパ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるチョッパ回路は、リアクトルと、直流出力回路と、負荷に接続されるコンデンサ回路と、コンデンサ回路に接続されている第１ダイオードおよび第２ダイオードと、第１ダイオードに直列に接続されている第１スイッチング素子と、第２ダイオードに直列に接続されている第２スイッチング素子と、第１ダイオードおよび第２ダイオードの短絡を検出する短絡検出部と、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合に、第２スイッチング素子をオンする制御を行うとともに、短絡検出部により第２ダイオードの短絡が検出された場合に、第１スイッチング素子をオンする制御を行うように構成されている制御部とを備える。なお、「回路」とは、一般的に導体を終端がないように接続したものをいうが、本願明細書では、「回路」を、終端がある場合も含む「電流の通路」を意味する広い概念として記載している。また、「オンする」とは、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子を導通状態にすることを意味するものとして記載している。
【０００９】
この発明の一の局面によるチョッパ回路では、上記のように、制御部を、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合に、第２スイッチング素子をオンする制御を行うとともに、短絡検出部により第２ダイオードの短絡が検出された場合に、第１スイッチング素子をオンする制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオードが短絡故障して、コンデンサ回路から第２スイッチング素子に電流が逆流して流れる場合でも、第２スイッチング素子はオンされるので、第２スイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）に電流が流れることや、漏れ電流が生じることが抑制される。そして、逆流して流れる電流は、導通（還流）させられる。また、第２ダイオードが短絡故障して、コンデンサ回路から第１スイッチング素子に電流が逆流して流れる場合でも、第１スイッチング素子はオンされるので、第２スイッチング素子と同様に、逆流して流れる電流が導通（還流）させられる。その結果、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。したがって、第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因して、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【００１０】
上記一の局面によるチョッパ回路において、好ましくは、コンデンサ回路の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、第２スイッチング素子をオンする制御を行うとともに、短絡検出部により第２ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、第１スイッチング素子をオンする制御を行うように構成されている。ここで、第１ダイオードが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、直流出力回路および第２スイッチング素子に電流が逆流する。また、第２ダイオードが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、直流出力回路および第１スイッチング素子に電流が逆流する。この点に着目して、本発明では、上記のように構成することにより、第１スイッチング素子に電流が逆流して流れる場合、または、第２スイッチング素子に電流が逆流して流れる場合に、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子をオンすることにより、逆流して流れる電流を導通させることができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、リアクトルの電流の流れる方向を検出する電流方向検出部をさらに備え、制御部は、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流方向検出部が検出する電流の流れる向きが反転したことに基づいて、第２スイッチング素子をオフからオンに切り替える制御を行うように構成されている。このように構成すれば、たとえば、チョッパ回路を降圧チョッパ回路として構成する場合には、第１ダイオードが短絡故障した場合に、コンデンサ回路から直流出力回路に電流が逆流する時点までは、第２スイッチング素子をオフすることにより、直流出力回路からコンデンサ回路への電力の供給を遮断することができる。これにより、コンデンサ回路に充電が継続されるのを回避することができる。その結果、コンデンサ回路の充電が抑制される分、コンデンサ回路により放電が開始される時点での到達電圧（充電電圧）が増大するのを抑制することができるので、逆流する電流の量が増大するのを抑制することができる。また、チョッパ回路を昇圧チョッパ回路として構成する場合には、第１ダイオードが短絡故障した場合に、コンデンサ回路から直流出力回路に電流が逆流する時点までは、第２スイッチング素子をオフすることにより、コンデンサ回路に含まれる一部のコンデンサのみに充電が継続されるのを回避することができる。その結果、コンデンサ回路に含まれる一部のコンデンサのみへの充電が回避される分、このコンデンサが耐圧破壊するのを防ぐことができる。その後、コンデンサ回路からの放電が開始され、直流出力回路および第２スイッチング素子に電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子をオンにすることにより、第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【００１２】
上記電圧検出部および電流方向検出部を備えるチョッパ回路において、好ましくは、制御部は、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも大きい場合に、電流方向検出部が検出する電流の流れる向きがコンデンサ回路のコンデンサを充電する向きからコンデンサ回路のコンデンサから放電される向きに反転したことに基づいて、第２スイッチング素子をオフからオンに切り替える制御を行うように構成されている。このように構成すれば、たとえば、チョッパ回路を降圧チョッパ回路として構成する場合には、第１ダイオードの短絡が検出された場合でも、コンデンサ回路を充電する向きに電流が流れることを抑制することにより、コンデンサ回路から放電が開始される時点での到達電圧の増大を抑制することができる。また、チョッパ回路を昇圧チョッパ回路として構成する場合には、第１ダイオードの短絡が検出された場合でも、コンデンサ回路のうちの一部のコンデンサのみへの充電が継続されるのを回避することができるので、このコンデンサが耐圧破壊するのを防ぐことができる。その後、コンデンサ回路から放電が開始され、第２スイッチング素子に電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子をオンすることにより、第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【００１３】
上記電圧検出部を備えるチョッパ回路において、好ましくは、制御部は、短絡検出部により第１ダイオードの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部により検出されたコンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも小さい場合に、第２スイッチング素子をオフする制御を行うように構成されている。このように構成すれば、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも小さい場合には、第２スイッチング素子をオフすることにより、コンデンサ回路の充電が継続されるのを回避することができる。なお、第１ダイオードが短絡故障した場合に、コンデンサ回路の電圧値が直流出力回路の正極の電圧値よりも小さい場合には、第２スイッチング素子に電流は逆流しないので、第２スイッチング素子をオフしても、第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面によるチョッパ回路において、好ましくは、第１スイッチング素子に逆並列に接続されている第１逆並列ダイオードと、第２スイッチング素子に逆並列に接続されている第２逆並列ダイオードとをさらに備える。このように構成すれば、第１スイッチング素子に電流が逆流する場合には、逆流した電流が第１逆並列ダイオードにも流れるため、その分、第１スイッチング素子に逆流する電流の量を小さくすることができる。また、第２スイッチング素子に電流が逆流する場合には、逆流した電流が第２逆並列ダイオードにも流れるため、その分、第２スイッチング素子に逆流する電流の量を小さくすることができる。その結果、より確実に、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面によるチョッパ回路において、好ましくは、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を含む。このように構成すれば、ワイドバンドギャップ半導体を含む第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を用いることにより、一般的なシリコン半導体からなるスイッチング素子を用いる場合に比べてスイッチング損失を低減することができる。その結果、チョッパ回路を駆動させる際の電力損失を低減することができる。
【００１６】
上記一の局面によるチョッパ回路において、チョッパ回路は、降圧チョッパ回路であり、コンデンサ回路は、リアクトルに直列に接続されている降圧チョッパ用コンデンサを含み、第１ダイオードおよび第２ダイオードは、リアクトルを介して降圧チョッパ用コンデンサの両端に接続され、互いに直列に接続されており、直流出力回路は、正極が第１スイッチング素子に接続されているとともに、負極が第１ダイオードのアノードに接続されている第１出力回路と、正極が第１出力回路の負極および第２ダイオードのカソードに接続されているとともに、負極が第２スイッチング素子に接続されている第２出力回路とを含む。このように構成すれば、第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することが可能な降圧チョッパ回路を提供することができる。
【００１７】
上記一の局面によるチョッパ回路において、チョッパ回路は、昇圧チョッパ回路であり、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、リアクトルを介して直流出力回路の両端に接続され、互いに直列に接続されており、コンデンサ回路は、第１スイッチング素子に接続されるとともに、第１ダイオードに接続される昇圧チョッパ用第１コンデンサと、第２スイッチング素子に接続されるとともに、第２ダイオードに接続される昇圧チョッパ用第２コンデンサとを含む。このように構成すれば、第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することが可能な昇圧チョッパ回路を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記のように、第１ダイオードまたは第２ダイオードの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子の劣化や故障を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態による降圧チョッパ回路の全体構成を示す電気回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による降圧チョッパ回路の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態による降圧チョッパ回路の全体構成を示す電気回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態による昇圧チョッパ回路の全体構成を示す電気回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態による昇圧チョッパ回路の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第４実施形態による昇圧チョッパ回路の全体構成を示す電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
図１を参照して、第１実施形態による降圧チョッパ回路１００の構成について説明する。なお、降圧チョッパ回路１００は、特許請求の範囲の「チョッパ回路」の一例である。
【００２２】
（降圧チョッパ回路の構成）
図１に示すように、降圧チョッパ回路１００は、直流出力回路１を備える。直流出力回路１は、互いに直列に接続された第１直流出力回路１ａおよび第２直流出力回路１ｂの電圧を降圧して負荷１０１に印加するように構成されている。すなわち、降圧チョッパ回路１００は、第１直流出力回路１ａの正極の電圧値と第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値との合計値よりも小さい電圧値を有する電圧を負荷１０１に印加するように構成されている。また、降圧チョッパ回路１００は、いわゆる３レベル降圧チョッパ回路として構成されている。なお、「回路」とは、一般的に導体を終端がないように接続したものをいうが、本願明細書では、「回路」を、終端がある場合も含む「電流の通路」を意味する広い概念として記載している。また、第１直流出力回路１ａは、特許請求の範囲の「直流出力回路」および「第１出力回路」の一例である。また、第２直流出力回路１ｂは、特許請求の範囲の「直流出力回路」および「第２出力回路」の一例である。
【００２３】
第１直流出力回路１ａおよび第２直流出力回路１ｂは、直流電源またはコンデンサとして構成されている。そして、第１直流出力回路１ａおよび第２直流出力回路１ｂがコンデンサとして構成されている場合には、さらに別個に、交流電源または直流電源が設けられていてもよい。たとえば、交流電源として回転電機が設けられている場合には、降圧チョッパ回路１００は、回転電機からの電力を負荷１０１（たとえば、バッテリ等）に回生するように構成されている。
【００２４】
そして、降圧チョッパ回路１００には、リアクトル２と、コンデンサ３と、第１ダイオード４ａと、第２ダイオード４ｂと、第１スイッチング素子５ａと、第２スイッチング素子５ｂと、電圧検出部６と、電流検出部７と、制御部８とが設けられている。なお、電流検出部７は、特許請求の範囲の「電流方向検出部」および「短絡検出部」の一例である。また、制御部８は、特許請求の範囲の「制御部」および「短絡検出部」の一例である。また、コンデンサ３は、特許請求の範囲の「コンデンサ回路」、「降圧チョッパ用コンデンサ」の一例である。また、図１では、１つのコンデンサとして図示しているが、１つのコンデンサに限られず、複数のコンデンサから構成されていてもよい。
【００２５】
コンデンサ３は、負荷１０１の両端に接続されている。また、コンデンサ３は、リアクトル２に直列に接続されており、コンデンサ３の正極とリアクトル２の一方端とが接続されている。
【００２６】
第１ダイオード４ａと第２ダイオード４ｂとは、互いに直列に接続されている。詳細には、第１ダイオード４ａのアノードと第２ダイオード４ｂのカソードとが接続されている。そして、第１ダイオード４ａのカソードとリアクトル２の他方端とが接続されており、第２ダイオード４ｂのアノードとコンデンサ３の負極とが接続されている。すなわち、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂは、リアクトル２を介してコンデンサ３の両端に接続されている。これにより、リアクトル２とコンデンサ３と第１ダイオード４ａと第２ダイオード４ｂとは、直列回路を構成する。
【００２７】
ここで、第１実施形態では、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂは、ワイドバンドギャップ半導体を含む。具体的には、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、Ｇａ2Ｏ3、または、ＺｎＯなどのシリコン半導体よりもバンドギャップが大きい（広い）半導体素子からなる。そして、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂは、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、または、バイポーラトランジスタにより構成されている。たとえば、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂは、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとして構成されている。なお、図１では、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂをＭＯＳＦＥＴとして図示しているが、上記したように、バイポーラトランジスタにより構成されていてもよい。
【００２８】
また、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂは、好ましくは、上記したワイドバンドギャップ半導体から構成されている。この場合、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂを、シリコン半導体から構成する場合に比べて、逆回復損失を低減することができる。
【００２９】
第１スイッチング素子５ａは、第１ダイオード４ａに直列に接続されている。具体的には、第１スイッチング素子５ａのソースと、第１ダイオード４ａのカソードとが接続されている。また、第１スイッチング素子５ａのドレインと、第１直流出力回路１ａの正極とが接続されている。また、第１直流出力回路１ａの負極は、第１ダイオード４ａのアノードおよび第２ダイオード４ｂのカソードに接続されている。
【００３０】
第２スイッチング素子５ｂは、第２ダイオード４ｂに直列に接続されている。具体的には、第２スイッチング素子５ｂのドレインと、第２ダイオード４ｂのアノードとが接続されている。また、第２スイッチング素子５ｂのソースと、第２直流出力回路１ｂの負極とが接続されている。また、第２直流出力回路１ｂの正極は、第１ダイオード４ａのアノードおよび第２ダイオード４ｂのカソードに接続されている。
【００３１】
電圧検出部６は、コンデンサ３の正極に接続されており、コンデンサ３の正極の電圧値Ｖｃを検出するように構成されている。そして、電圧検出部６は、検出した電圧値Ｖｃを制御部８に伝達するように構成されている。
【００３２】
電流検出部７は、リアクトル２に流れる電流の流れる向きと、リアクトル２に流れる電流の電流値ＩＬとを検出することが可能に構成されている。そして、電流検出部７は、検出した電流の流れる向き（図１の矢印Ｃ１方向および矢印Ｃ２方向）と、電流値ＩＬとを制御部８に伝達するように構成されている。
【００３３】
〈制御部の構成〉
制御部８は、第１スイッチング素子５ａのゲートおよび第２スイッチング素子５ｂのゲートに接続されており、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂのオンオフ（スイッチング動作）の時比率（デューティ）を制御するように構成されている。そして、制御部８は、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂのオンオフの時比率を制御することにより、降圧チョッパ回路１００の負荷１０１に対する電圧値（降圧）および電流値（リアクトル２に流れる電流値ＩＬ）を調整（制御）することが可能に構成されている。
【００３４】
ここで、第１実施形態では、制御部８は、電流検出部７の検出結果に基づいて、第１ダイオード４ａの短絡、および、第２ダイオード４ｂの短絡を検出するように構成されている。具体的には、制御部８は、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂのオンオフ動作によらず、リアクトル２に電流が流れている場合に、第１ダイオード４ａまたは第２ダイオード４ｂのいずれかにおいて短絡が生じていると判断する制御を行う。
【００３５】
たとえば、制御部８は、電流値ＩＬと予め記憶された所定のしきい値ＩＬｔとを比較して、電流値ＩＬが所定のしきい値ＩＬｔを超えた場合を、短絡として検出する。この場合、制御部８は、電流値ＩＬが所定のしきい値ＩＬｔを超えた時点と、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂの動作状態とを対応付けて、第１ダイオード４ａまたは第２ダイオード４ｂのいずれが短絡したかを検出する（判断する）ように構成されている。なお、所定のしきい値ＩＬｔは１つの値に限られず、複数の値設けられていてもよい。
【００３６】
ここで、第１ダイオード４ａが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの電圧値Ｖａ２よりも高い場合には、コンデンサ３、リアクトル２、短絡した第１ダイオード４ａ、第２直流出力回路１ｂ、および、第２スイッチング素子５ｂのこの順に、電流が逆流する。この時、第２スイッチング素子５ｂをオフの状態にした場合には、第２スイッチング素子５ｂ（ＭＯＳＦＥＴの場合）のボディダイオード（寄生ダイオード）に電流が流れ、劣化の原因になる場合や、発熱による故障の原因になる場合がある。また、第２ダイオード４ｂが短絡故障した場合も、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの電圧値Ｖａ１よりも高い場合で、かつ、第１スイッチング素子５ａをオフした場合には、第１スイッチング素子５ａの劣化の原因や故障の原因になる。
【００３７】
そこで、第１実施形態では、制御部８は、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合に、第２スイッチング素子５ｂをオンする（導通状態にする）制御を行うとともに、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合に、第１スイッチング素子５ａをオンする（導通状態にする）制御を行うように構成されている。
【００３８】
具体的には、制御部８は、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、第２スイッチング素子５ｂをオンする制御を行うように構成されている。なお、電圧値Ｖａ２の情報は、降圧チョッパ回路１００に予め記憶されていてもよいし、電圧検出部を設けて取得されるように構成してもよい。
【００３９】
より詳細には、制御部８は、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、電流検出部７が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ３を充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ３から放電される向き（図１の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、第２スイッチング素子５ｂをオフ（切断状態）からオン（導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。なお、この時、制御部８は、第１スイッチング素子５ａをオフの状態にしている。
【００４０】
これにより、第２スイッチング素子５ｂに逆流した電流が流れる際には、第２スイッチング素子５ｂは、導通状態にされているので、第２スイッチング素子５ｂのボディダイオードに電流が流れずに、電流を還流させることができ、第２スイッチング素子５ｂが劣化したり、故障したりすることが抑制される。
【００４１】
また、制御部８は、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合であっても、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも小さい場合には、電流は逆流しないため、第２スイッチング素子５ｂ（および第１スイッチング素子５ａ）をオフする制御を行うように構成されている。
【００４２】
また、制御部８は、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きい場合に、第１スイッチング素子５ａをオンする制御を行うように構成されている。なお、電圧値Ｖａ１の情報は、上記電圧値Ｖａ２と同様に、降圧チョッパ回路１００に予め記憶されていてもよいし、電圧検出部を設けて取得されるように構成してもよい。
【００４３】
より詳細には、制御部８は、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合で、かつ、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きい場合に、電流検出部７が検出する電流の流れる向きが、コンデンサ３を充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ３から放電される向き（図１の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、第１スイッチング素子５ａをオフ（切断状態）からオン（導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。なお、この時、制御部８は、第２スイッチング素子５ｂをオフの状態にしている。
【００４４】
これにより、第１スイッチング素子５ａに逆流した電流が流れる際には、第１スイッチング素子５ａは、導通状態にされているので、第１スイッチング素子５ａのボディダイオードに電流が流れずに、電流を還流させることができ、第１スイッチング素子５ａが劣化したり、故障したりすることが抑制される。
【００４５】
また、制御部８は、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合であっても、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも小さい場合には、電流は逆流しないため、第１スイッチング素子５ａ（および第２スイッチング素子５ｂ）をオフする制御を行うように構成されている。
【００４６】
負荷１０１は、たとえば、バッテリー（直流電源）として構成されていてもよいし、複数のスイッチング素子を含むインバータおよび電動機の組み合わせとして構成されていてもよい。負荷１０１がバッテリーとして構成されている場合には、直流出力回路１からの電力（回生電力）を充電するように構成されている。また、負荷１０１に電動機を含む場合には、電力を消費して、駆動するように構成されている。
【００４７】
（降圧チョッパ回路の動作）
〈通常運転時の動作〉
次に、図１を参照して、第１実施形態による降圧チョッパ回路１００の通常運転時の動作について説明する。降圧チョッパ回路１００の動作は、制御部８の制御処理により実行される。
【００４８】
まず、第１スイッチング素子５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子５ｂがオフされると、第１直流出力回路１ａ、第１スイッチング素子５ａ、リアクトル２、コンデンサ３、および、第２ダイオード４ｂに、この順で電流が流れる。
【００４９】
そして、第１スイッチング素子５ａがオフされ、かつ、第２スイッチング素子５ｂがオンされると、第２直流出力回路１ｂ、第１ダイオード４ａ、リアクトル２、コンデンサ３、および、第２スイッチング素子５ｂに、この順で電流が流れる。
【００５０】
そして、第１スイッチング素子５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子５ｂがオンされると、第１直流出力回路１ａ、第１スイッチング素子５ａ、リアクトル２、コンデンサ３、第２スイッチング素子５ｂ、および、第２直流出力回路１ｂに、この順で電流が流れる。
【００５１】
そして、第１スイッチング素子５ａがオフされ、かつ、第２スイッチング素子５ｂがオフされると、リアクトル２、コンデンサ３、第２ダイオード４ｂ、および、第１ダイオード４ａにこの順で電流が流れる。
【００５２】
降圧チョッパ回路１００では、上記の動作のそれぞれの期間（時比率）が制御部８により制御されるとともに、上記の動作が繰り返されることにより、第１直流出力回路１ａおよび第２直流出力回路１ｂの電圧から降圧された（電力変換された）電力が負荷１０１に供給される。
【００５３】
〈短絡検出時の動作〉
次に、図１および図２を参照して、第１実施形態による降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作について説明する。降圧チョッパ回路１００の動作は、制御部８の制御処理により実行される。
【００５４】
図２に示すように、ステップＳ１において、第１ダイオード４ａの短絡を検出したか否かが判断される。第１ダイオード４ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ２に進み、第１ダイオード４ａの短絡を検出した場合、ステップＳ３に進む。
【００５５】
そして、ステップＳ２において、第２ダイオード４ｂの短絡を検出したか否かが判断される。第２ダイオード４ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ８に進み、第２ダイオード４ｂの短絡を検出していない場合、降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作は終了される。
【００５６】
なお、上記ステップＳ１およびＳ２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。
【００５７】
また、ステップＳ１において第１ダイオード４ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ３において、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２よりも大きい場合には、ステップＳ４に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合には、ステップＳ７に進む。
【００５８】
そして、ステップＳ４において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きか否かが判断される。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きが、コンデンサ３を充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）か、コンデンサ３から放電される向き（矢印Ｃ２方向）かが判断される。そして、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きの場合、ステップＳ５に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きでない場合、ステップＳ６に進む。
【００５９】
そして、ステップＳ５において、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフにされる。ここで、図１に示すように、第１ダイオード４ａが短絡故障した場合でも、しばらくの間は、コンデンサ３を充電する向き（第１ダイオード４ａ、リアクトル２、コンデンサ３、および、第２ダイオード４ｂのこの順）に電流が流れるので、コンデンサ３とリアクトル２との共振回路となる。そこで、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフにされることにより、第１直流出力回路１ａおよび第２直流出力回路１ｂからコンデンサ３への充電を阻止することが可能になるので、充電が阻止される分、コンデンサ３からの放電が開始する時点での到達電圧（充電電圧）の増大を抑制することが可能となる。
【００６０】
その後、ステップＳ４に戻る。すなわち、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ４およびＳ５を繰り返し、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ６に進む。なお、コンデンサ３を充電する向きから放電する向きに反転した時点とは、電流が逆流を開始した時点である。
【００６１】
そして、ステップＳ６において、第１スイッチング素子５ａがオフされる一方、第２スイッチング素子５ｂは、オンにされる。これにより、コンデンサ３、リアクトル２、短絡した第１ダイオード４ａおよび第２直流出力回路１ｂのこの順に逆流した電流が、第２スイッチング素子５ｂのボディダイオードを流れることなく、オンの状態の第２スイッチング素子５ｂを流れる。そして、コンデンサ３からの放電は、終了される。その後、降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。
【００６２】
また、ステップＳ３において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ２以下の場合に進むステップＳ７において、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフにされる。この場合、電流は略逆流しないので、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフされることにより、降圧チョッパ回路１００の動作が停止される。その後、降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。
【００６３】
そして、ステップＳ２において第２ダイオード４ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ８において、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１よりも大きい場合には、ステップＳ９に進み、電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合には、ステップＳ１２に進む。
【００６４】
そして、ステップＳ９において、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きか否かが判断される。リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きの場合、ステップＳ１０に進み、リアクトル２に流れる電流の向きがコンデンサ３を充電する向きでない場合、ステップＳ１１に進む。
【００６５】
そして、ステップＳ１０において、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフにされる。その後、ステップＳ９に戻る。
【００６６】
そして、ステップＳ１１において、第１スイッチング素子５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子５ｂが、オフにされる。これにより、コンデンサ３、リアクトル２、第１スイッチング素子５ａ、第１直流出力回路１ａ、および、短絡した第２ダイオード４ｂのこの順に流れる逆流した電流が、第１スイッチング素子５ａのボディダイオードを流れることなく、オンの状態の第１スイッチング素子５ａを流れる。そして、コンデンサ３からの放電は、終了される。その後、降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。
【００６７】
また、ステップＳ８において電圧値Ｖｃが電圧値Ｖａ１以下の場合に進むステップＳ１２において、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂが共にオフにされる。その後、降圧チョッパ回路１００の短絡検出時の動作が終了される。
【００６８】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６９】
第１実施形態では、上記のように、制御部８を、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合に、第２スイッチング素子５ｂをオンする制御を行うとともに、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合に、第１スイッチング素子５ａをオンする制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオード４ａが短絡故障して、コンデンサ３から第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流して流れる場合でも、第２スイッチング素子５ｂはオンされるので、第２スイッチング素子５ｂのボディダイオードに電流が流れることや、漏れ電流が生じることが抑制される。そして、逆流して流れる電流は、導通（還流）させられる。また、第２ダイオード４ｂが短絡故障して、コンデンサ３から第１スイッチング素子５ａに電流が逆流して流れる場合でも、第１スイッチング素子５ａはオンされるので、第１スイッチング素子５ａのボディダイオードに電流が流れることや、漏れ電流が生じることが抑制される。そして、逆流して流れる電流を導通（還流）させられる。その結果、第１スイッチング素子５ａまたは第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。したがって、第１ダイオード４ａまたは第２ダイオード４ｂの短絡故障に起因して、第１スイッチング素子５ａまたは第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、降圧チョッパ回路１００に、コンデンサ３の電圧値Ｖｃを検出する電圧検出部６を設ける。そして、制御部８を、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、第２スイッチング素子５ｂをオンする制御を行うとともに、第２ダイオード４ｂの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きい場合に、第１スイッチング素子５ａをオンする制御を行うように構成する。ここで、第１ダイオード４ａが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、第２直流出力回路１ｂおよび第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流する。また、第２ダイオード４ｂが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第１直流出力回路１ａの正極の電圧値Ｖａ１よりも大きい場合に、第１直流出力回路１ａおよび第１スイッチング素子５ａに電流が逆流する。この点に着目して、第１実施形態では、上記のように構成することにより、第１スイッチング素子５ａに電流が逆流して流れる場合、または、第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流して流れる場合に、第１スイッチング素子５ａまたは第２スイッチング素子５ｂをオンすることにより、逆流して流れる電流を導通させることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、降圧チョッパ回路１００に、リアクトル２の電流の流れる方向を検出する電流検出部７を設ける。また、制御部８を、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、電流検出部７が検出する電流の流れる向きが反転したことに基づいて、第２スイッチング素子５ｂをオフからオンに切り替える制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオード４ａが短絡故障した場合に、コンデンサ３から第２直流出力回路１ｂに電流が逆流する時点までは、第２スイッチング素子５ｂをオフすることにより、第２直流出力回路１ｂからコンデンサ３への電力の供給を遮断することができる。これにより、コンデンサ３に充電が継続されるのを回避することができる。その結果、コンデンサ３の充電が抑制される分、コンデンサ３により放電が開始される時点での到達電圧が増大するのを抑制することができるので、逆流する電流の量が増大するのを抑制することができる。また、コンデンサ３からの放電が開始され、第２直流出力回路１ｂおよび第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子５ｂをオンにすることにより、第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【００７２】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部８を、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも大きい場合に、電流検出部７が検出する電流の流れる向きがコンデンサ３を充電する向き（図１の矢印Ｃ１方向）からコンデンサ３から放電される向き（図１の矢印Ｃ２方向）に反転したことに基づいて、第２スイッチング素子５ｂをオフからオンに切り替える制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合でも、コンデンサ３を充電する向きに電流が流れることを回避させることにより、コンデンサ３から放電が開始される時点での到達電圧の増大を抑制することができる。また、コンデンサ３から放電が開始され、第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子５ｂをオンすることにより、第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【００７３】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部８を、第１ダイオード４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部６により検出されたコンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも小さい場合に、第２スイッチング素子５ｂをオフする制御を行うように構成する。これにより、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも小さい場合には、第２スイッチング素子５ｂをオフすることにより、コンデンサ３の充電が継続されるのを回避することができる。なお、第１ダイオード４ａが短絡故障した場合に、コンデンサ３の電圧値Ｖｃが第２直流出力回路１ｂの正極の電圧値Ｖａ２よりも小さい場合には、第２スイッチング素子５ｂに電流は逆流しないので、第２スイッチング素子５ｂをオフしても、第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【００７４】
また、第１実施形態では、上記のように、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂを、ワイドバンドギャップ半導体（たとえば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ）により構成する。これにより、ワイドバンドギャップ半導体を含む第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂを用いることにより、一般的なシリコン半導体からなるスイッチング素子を用いる場合に比べてスイッチング損失を低減することができる。その結果、降圧チョッパ回路１００を駆動させる際の電力損失を低減することができる。
【００７５】
また、第１実施形態では、上記のように、リアクトル２に直列に接続されているコンデンサ３と、第１ダイオード４ａおよび第２ダイオード４ｂを、リアクトル２を介してコンデンサ３の両端に接続するとともに、互いに直列に接続し、正極が第１スイッチング素子５ａに接続されているとともに、負極が第１ダイオード４ａのアノードに接続されている第１直流出力回路１ａと、正極が第１直流出力回路１ａの負極および第２ダイオード４ｂのカソードに接続されているとともに、負極が第２スイッチング素子５ｂに接続されている第２直流出力回路１ｂとを含む、降圧チョッパ回路１００を構成する。これにより、第１ダイオード４ａまたは第２ダイオード４ｂの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子５ａまたは第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することが可能な降圧チョッパ回路１００を提供することができる。
【００７６】
[第２実施形態]
次に、図３を参照して、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００の構成について説明する。第２実施形態の降圧チョッパ回路２００には、第１実施形態の降圧チョッパ回路１００の構成に加えて、第１スイッチング素子５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード２０９ａと、第２スイッチング素子５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード２０９ｂとがさらに設けられている。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７７】
（第２実施形態による降圧チョッパ回路の構成）
図３に示すように、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００は、第１スイッチング素子５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード２０９ａと、第２スイッチング素子５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード２０９ｂとを含む。
【００７８】
そして、第１逆並列ダイオード２０９ａおよび第２逆並列ダイオード２０９ｂは、シリコン半導体（好ましくは、Ｓｉ−ＰｉＮダイオード）から構成されている。ここで、通常運転時の動作では、第１逆並列ダイオード２０９ａおよび第２逆並列ダイオード２０９ｂには、電流が流れず損失（逆回復損失）に影響を与えないため、シリコン半導体を用いた場合でも、電力損失の増大するのを抑制することができる。また、Ｓｉ−ＰｉＮダイオードは、ＳｉＣ−ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）よりも逆方向漏れ電流が小さいという利点がある。また、還流時においても、Ｓｉ−ＰｉＮダイオードは、ＳｉＣ−ＳＢＤに比べてオン電圧が低いという利点がある。なお、第１逆並列ダイオード２０９ａおよび第２逆並列ダイオード２０９ｂは、ＳｉＣ−ＳＢＤとして構成することも可能である。
【００７９】
詳細には、第１スイッチング素子５ａのドレインと、第１逆並列ダイオード２０９ａのカソードとが接続されている。また、第１スイッチング素子５ａのソースと、第１逆並列ダイオード２０９ａのアノードとが接続されている。また、第２スイッチング素子５ｂのドレインと、第２逆並列ダイオード２０９ｂのカソードとが接続されている。また、第２スイッチング素子５ｂのソースと、第２逆並列ダイオード２０９ｂのアノードとが接続されている。また、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００のその他の構成は、第１実施形態における降圧チョッパ回路１００と同様である。
【００８０】
（第２実施形態による降圧チョッパ回路の短絡時の動作）
次に、図３を参照して、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００の短絡時の動作について説明する。なお、降圧チョッパ回路２００の制御動作は、制御部８の制御処理により実行される。
【００８１】
第１ダイオード４ａが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ３から電流の逆流が開始した場合（放電が開始した場合）、第２スイッチング素子５ｂはオンされる。逆流した電流は、コンデンサ３から、リアクトル２、短絡した第１ダイオード４ａ、第２直流出力回路１ｂ、第２スイッチング素子５ｂおよび第２逆並列ダイオード２０９ｂに流れる。この時、第２スイッチング素子５ｂのボディダイオードには電流は略流れず、漏れ電流も略流れない。
【００８２】
第２ダイオード４ｂが短絡故障した場合で、かつ、コンデンサ３から電流の逆流が開始した場合（放電が開始した場合）、第１スイッチング素子５ａはオンされる。その後、逆流した電流は、第１スイッチング素子５ａおよび第１逆並列ダイオード２０９ａに流れる。なお、この時、第１スイッチング素子５ａのボディダイオードには電流は略流れず、漏れ電流も略流れない。また、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００の通常運転時の動作および短絡検出時の動作（図２参照）は、第１実施形態における降圧チョッパ回路１００と同様である。
【００８３】
［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００８４】
第２実施形態では、上記のように、降圧チョッパ回路２００に、第１スイッチング素子５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード２０９ａと、第２スイッチング素子５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード２０９ｂとを設ける。これにより、第１スイッチング素子５ａに電流が逆流する場合には、逆流した電流が第１逆並列ダイオード２０９ａにも流れるため、その分、第１スイッチング素子５ａに逆流する電流の量を小さくすることができる。また、第２スイッチング素子５ｂに電流が逆流する場合には、逆流した電流が第２逆並列ダイオード２０９ｂにも流れるため、その分、第２スイッチング素子５ｂに逆流する電流の量を小さくすることができる。その結果、より確実に、第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂの劣化や故障を抑制することができる。また、第２実施形態による降圧チョッパ回路２００のその他の効果は、第１実施形態における降圧チョッパ回路１００と同様である。
【００８５】
[第３実施形態]
次に、図４を参照して、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００の構成について説明する。また、昇圧チョッパ回路３００は、特許請求の範囲の「チョッパ回路」の一例である。なお、上記第１および第２実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
（第３実施形態による昇圧チョッパ回路の構成）
図４に示すように、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００は、直流出力回路３０１の電圧を昇圧して負荷１０１に印加するように構成されている。すなわち、昇圧チョッパ回路３００は、直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい電圧値を有する電圧を負荷１０１に印加するように構成されている。また、昇圧チョッパ回路３００は、いわゆる３レベル昇圧チョッパ回路として構成されている。
【００８７】
直流出力回路３０１は、直流電源またはコンデンサとして構成されている。そして、直流出力回路３０１がコンデンサとして構成されている場合には、さらに別個に、交流電源または直流電源が設けられていてもよい。たとえば、交流電源として回転電機が設けられている場合には、昇圧チョッパ回路３００は、回転電機からの電力を負荷１０１（たとえば、バッテリ等）に回生するように構成されている。
【００８８】
そして、昇圧チョッパ回路３００には、リアクトル３０２と、コンデンサ回路３０３と、第１ダイオード３０４ａと、第２ダイオード３０４ｂと、第１スイッチング素子３０５ａと、第２スイッチング素子３０５ｂと、電圧検出部３０６と、電流検出部３０７と、制御部３０８とが設けられている。なお、電流検出部３０７は、特許請求の範囲の「電流方向検出部」および「短絡検出部」の一例である。また、制御部３０８は、特許請求の範囲の「制御部」および「短絡検出部」の一例である。
【００８９】
コンデンサ回路３０３は、負荷１０１の両端に接続されている。詳細には、コンデンサ回路３０３は、互いに直列に接続された第１コンデンサ３０３ａと、第２コンデンサ３０３ｂとを含む。第１コンデンサ３０３ａの正極が負荷１０１の一方端に接続されているとともに、第２コンデンサ３０３ｂの負極が負荷１０１の他方端に接続されている。そして、第１コンデンサ３０３ａの負極と第２コンデンサ３０３ｂの正極とが接続されている。なお、第１コンデンサ３０３ａおよび第２コンデンサ３０３ｂは、図４では、それぞれ、１つのコンデンサとして図示しているが、１つのコンデンサに限られず、複数のコンデンサから構成されていてもよい。なお、第１コンデンサ３０３ａは、特許請求の範囲の「昇圧チョッパ用第１コンデンサ」の一例である。また、第２コンデンサ３０３ｂは、特許請求の範囲の「昇圧チョッパ用第２コンデンサ」の一例である。
【００９０】
また、第１コンデンサ３０３ａは、第１ダイオード３０４ａを介して、リアクトル３０２および直流出力回路３０１に直列に接続されている。また、第２コンデンサ３０３ｂは、第２ダイオード３０４ｂを介してリアクトル３０２および直流出力回路３０１に直列に接続されている。詳細には、リアクトル３０２の一方端に、第１ダイオード３０４ａのアノードが接続されている。また、第１ダイオード３０４ａのカソードに、第１コンデンサ３０３ａの正極が接続されている。また、第２コンデンサ３０３ｂの負極に、第２ダイオード３０４ｂのアノードが接続されている。また、第２ダイオード３０４ｂのカソードに直流出力回路３０１の負極が接続されている。また、直流出力回路３０１の正極にリアクトル３０２の他方端が接続されている。
【００９１】
これにより、直流出力回路３０１とリアクトル３０２と第１ダイオード３０４ａと第１コンデンサ３０３ａと第２コンデンサ３０３ｂと第２ダイオード３０４ｂとは、直列回路を構成する。
【００９２】
ここで、第３実施形態では、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂは、第１実施形態による第１スイッチング素子５ａおよび第２スイッチング素子５ｂと同様に、ワイドバンドギャップ半導体を含む。なお、図４では、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂをＭＯＳＦＥＴとして図示しているが、バイポーラトランジスタにより構成されていてもよい。また、第１ダイオード３０４ａおよび第２ダイオード３０４ｂは、好ましくは、上記したワイドバンドギャップ半導体から構成されている。
【００９３】
第１スイッチング素子３０５ａは、第１ダイオード３０４ａに直列に接続されている。具体的には、第１スイッチング素子３０５ａのドレインまたはコレクタと、第１ダイオード３０４ａのアノードとが接続されている。また、第１スイッチング素子３０５ａのソースまたはエミッタと、第２コンデンサ３０３ｂの正極とが接続されている。
【００９４】
第２スイッチング素子３０５ｂは、第２ダイオード３０４ｂに直列に接続されている。具体的には、第２スイッチング素子３０５ｂのソースまたはエミッタと、第２ダイオード３０４ｂのカソードとが接続されている。また、第２スイッチング素子３０５ｂのドレインまたはコレクタと、第１コンデンサ３０３ａの負極とが接続されている。
【００９５】
電圧検出部３０６は、第１コンデンサ３０３ａの正極、および、第２コンデンサ３０３ｂの正極に接続されており、第１コンデンサ３０３ａの正極の電圧値Ｖｃ１、および、第２コンデンサの正極の電圧値Ｖｃ２を検出するように構成されている。そして、電圧検出部３０６は、検出した電圧値Ｖｃ１およびＶｃ２を、制御部３０８に伝達するように構成されている。
【００９６】
電流検出部３０７は、リアクトル３０２に流れる電流の流れる向きと、リアクトル３０２に流れる電流の電流値ＩＬ１０とを検出することが可能に構成されている。そして、電流検出部３０７は、検出した電流の流れる向き（図４の矢印Ｃ１１方向および矢印Ｃ１２方向）と、電流値ＩＬ１０とを制御部３０８に伝達するように構成されている。
【００９７】
〈第３実施形態による制御部の構成〉
制御部３０８は、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂのオンオフの時比率を制御することにより、昇圧チョッパ回路３００の負荷１０１に対する電圧値（昇圧）および電流値（リアクトル３０２に流れる電流値ＩＬ１０）を調整（制御）することが可能に構成されている。
【００９８】
また、制御部３０８は、第１実施形態による制御部８と同様に、電流検出部３０７の検出結果に基づいて、第１ダイオード３０４ａの短絡、および、第２ダイオード３０４ｂの短絡を検出するように構成されている。
【００９９】
ここで、第１ダイオード３０４ａが短絡故障した場合で、かつ、第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の電圧値Ｖａ１０よりも高い場合には、第１コンデンサ３０３ａ、短絡した第１ダイオード３０４ａ、リアクトル３０２、直流出力回路３０１、および、第２スイッチング素子３０５ｂのこの順に、電流が逆流する。この時、第２スイッチング素子３０５ｂをオフの状態にした場合には、第２スイッチング素子３０５ｂ（ＭＯＳＦＥＴの場合）のボディダイオード（寄生ダイオード）に電流が流れ、劣化の原因になる場合や、発熱による故障の原因になる場合がある。また、第２ダイオード３０４ｂが短絡故障した場合も、第２コンデンサ３０３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路３０１の電圧値Ｖａ１０よりも高い場合で、かつ、第１スイッチング素子３０５ａをオフした場合には、同様に、第１スイッチング素子３０５ａの劣化の原因や故障の原因になる。
【０１００】
そこで、第３実施形態では、制御部３０８は、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部３０６により検出された第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、第２スイッチング素子３０５ｂをオンする制御を行うように構成されている。また、制御部３０８は、第２ダイオード３０４ｂの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部３０６により検出された第２コンデンサ３０３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、第１スイッチング素子３０５ａをオンする制御を行うように構成されている。
【０１０１】
より詳細には、制御部３０８は、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合で、かつ、第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、電流検出部３０７が検出する電流の流れる向きが、第１コンデンサ３０３ａを充電する向き（図４の矢印Ｃ１１方向）から第１コンデンサ３０３ａから放電される向き（図４の矢印Ｃ１２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、第２スイッチング素子３０５ｂをオフ（切断状態）からオン（導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。なお、この時、制御部３０８は、第１スイッチング素子３０５ａをオフの状態にしている。
【０１０２】
また、制御部３０８は、第２ダイオード３０４ｂの短絡が検出された場合で、かつ、第２コンデンサ３０３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、電流検出部３０７が検出する電流の流れる向きが、第２コンデンサ３０３ｂを充電する向き（図４の矢印Ｃ１１方向）から第２コンデンサ３０３ｂから放電される向き（図４の矢印Ｃ１２方向）に反転したことに基づいて（反転する時点に）、第１スイッチング素子３０５ａをオフ（切断状態）からオン（導通状態）に切り替える制御を行うように構成されている。なお、この時、制御部３０８は、第２スイッチング素子３０５ｂをオフの状態にしている。
【０１０３】
これにより、第２スイッチング素子３０５ｂに逆流した電流が流れる際には、第２スイッチング素子３０５ｂは、導通状態にされているので、第２スイッチング素子３０５ｂのボディダイオードに電流が流れずに、電流を還流させることができ、第２スイッチング素子３０５ｂが劣化したり、故障したりすることが抑制される。また、第１スイッチング素子３０５ａに逆流した電流が流れる際には、第１スイッチング素子３０５ａは、導通状態にされているので、第１スイッチング素子３０５ａのボディダイオードに電流が流れずに、電流を還流させることができ、第１スイッチング素子３０５ａが劣化したり、故障したりすることが抑制される。
【０１０４】
また、制御部３０８は、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合であっても、電圧検出部３０６により検出された第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも小さい場合には、電流は逆流しないため、第２スイッチング素子３０５ｂ（および第１スイッチング素子３０５ａ）をオフする制御を行うように構成されている。また、制御部３０８は、第２ダイオード３０４ｂの短絡が検出された場合であっても、電圧検出部３０６により検出された第２コンデンサ３０３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも小さい場合には、電流は逆流しないため、第１スイッチング素子３０５ａ（および第２スイッチング素子３０５ｂ）をオフする制御を行うように構成されている。また、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００のその他の構成は、第１実施形態における降圧チョッパ回路１００と同様である。
【０１０５】
（第３実施形態による昇圧チョッパ回路の動作）
〈通常運転時の動作〉
次に、図４を参照して、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００の通常運転時の動作について説明する。昇圧チョッパ回路３００の動作は、制御部３０８の制御処理により実行される。
【０１０６】
まず、第１スイッチング素子３０５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子３０５ｂがオフされると、直流出力回路３０１、リアクトル３０２、第１スイッチング素子３０５ａ、第２コンデンサ３０３ｂ、および、第２ダイオード３０４ｂに、この順で電流が流れる。
【０１０７】
そして、第１スイッチング素子３０５ａがオフされ、かつ、第２スイッチング素子３０５ｂがオンされると、直流出力回路３０１、リアクトル３０２、第１ダイオード３０４ａ、第１コンデンサ３０３ａ、および、第２スイッチング素子３０５ｂに、この順で電流が流れる。
【０１０８】
そして、第１スイッチング素子３０５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子３０５ｂがオンされると、直流出力回路３０１、リアクトル３０２、第１スイッチング素子３０５ａ、第２スイッチング素子３０５ｂに、この順で電流が流れる。
【０１０９】
そして、第１スイッチング素子３０５ａがオフされ、かつ、第２スイッチング素子３０５ｂがオフされると、直流出力回路３０１、リアクトル３０２、第１ダイオード３０４ａ、第１コンデンサ３０３ａ、第２コンデンサ３０３ｂ、第２ダイオード３０４ｂにこの順で電流が流れる。
【０１１０】
昇圧チョッパ回路３００では、上記の動作のそれぞれの期間（時比率）が制御部３０８により制御されるとともに、上記の動作が繰り返されることにより、直流出力回路３０１の電圧から昇圧された（電力変換された）電力が負荷１０１に供給される。
【０１１１】
〈短絡検出時の動作〉
次に、図４および図５を参照して、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作について説明する。昇圧チョッパ回路３００の動作は、制御部３０８の制御処理により実行される。
【０１１２】
図５に示すように、ステップＳ１０１において、第１ダイオード３０４ａの短絡を検出したか否かが判断される。第１ダイオード３０４ａの短絡を検出していない場合、ステップＳ１０２に進み、第１ダイオード３０４ａの短絡を検出した場合、ステップＳ１０３に進む。
【０１１３】
そして、ステップＳ１０２において、第２ダイオード３０４ｂの短絡を検出したか否かが判断される。第２ダイオード３０４ｂの短絡を検出した場合、ステップＳ１０８に進み、第２ダイオード３０４ｂの短絡を検出していない場合、昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作は終了される。
【０１１４】
なお、上記ステップＳ１０１およびＳ１０２を、上記の通常運転時の動作中に繰り返すことにより、通常運転時の動作中に短絡を検出することが可能である。
【０１１５】
また、ステップＳ１０１において第１ダイオード３０４ａの短絡を検出した場合に進むステップＳ１０３において、第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合には、ステップＳ１０４に進み、電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ１０以下の場合には、ステップＳ１０７に進む。
【０１１６】
そして、ステップＳ１０４において、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向きか否かが判断される。すなわち、リアクトル３０２に流れる電流の向きが、第１コンデンサ３０３ａを充電する向き（図４の矢印Ｃ１１方向）か、第２コンデンサ３ａから放電される向き（矢印Ｃ１２方向）かが判断される。そして、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向きの場合、ステップＳ１０５に進み、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向きでない場合、ステップＳ１０６に進む。
【０１１７】
そして、ステップＳ１０５において、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフにされる。ここで、図４に示すように、第１ダイオード３０４ａが短絡故障した場合でも、しばらくの間は、第１コンデンサ３０３ａを充電する向き（第１ダイオード３０４ａ、第１コンデンサ３０３ａ、第２コンデンサ３０３ｂ、および、第２ダイオード３０４ｂのこの順）に電流が流れるので、直流出力回路３０１と第１コンデンサ３０３ａと第２コンデンサ３０３ｂとリアクトル３０２との共振回路となる。この時、第１スイッチング素子３０５ａをオンにすると、第１コンデンサ３０３ａが短絡し放電してしまう。また、直流出力回路３０１と第２コンデンサ３０３ｂとリアクトル３０２との共振回路となり、第２コンデンサ３０３ｂの電圧が通常動作時よりも高い電圧にまで充電されてしまう。この時、第２スイッチング素子３０５ｂをオンにすると、直流出力回路３０１と第１コンデンサ３０３ａとリアクトル３０２との共振回路となり、第１コンデンサ３０３ａの電圧が通常動作時よりも高い電圧にまで充電されてしまう。第１スイッチング素子３０５ａと第２スイッチング素子３０５ｂを共にオンにすると、第１コンデンサ３０３ａが短絡し放電するとともに、直流出力回路３０１がリアクトル３０２を挟んで短絡して電流が増大してしまう。そこで、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフにされることにより、昇圧チョッパ回路３００全体の安全性を高めることが可能となる。
【０１１８】
その後、ステップＳ１０４に戻る。すなわち、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向きでない状態になるまで、ステップＳ１０４およびＳ１０５を繰り返し、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向きから放電する向きに反転した時点に、ステップＳ１０６に進む。なお、第１コンデンサ３０３ａを充電する向きから放電する向きに反転した時点とは、電流が逆流を開始した時点である。
【０１１９】
そして、ステップＳ１０６において、第１スイッチング素子３０５ａがオフされる一方、第２スイッチング素子３０５ｂは、オンにされる。これにより、第１コンデンサ３０３ａ、短絡した第１ダイオード３０４ａ、リアクトル３０２および直流出力回路３０１のこの順に逆流した電流が、第２スイッチング素子３０５ｂのボディダイオードを流れることなく、オンの状態の第２スイッチング素子３０５ｂを流れる。そして、第１コンデンサ３０３ａからの放電は、終了される。なお、この間、第２コンデンサ３０３ｂは第２ダイオード３０４ｂによって放電は防止される。その後、昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。
【０１２０】
また、ステップＳ１０３において電圧値Ｖｃ１が電圧値Ｖａ１０以下の場合に進むステップＳ１０７において、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフにされる。この場合、電流は略逆流しないので、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフされることにより、昇圧チョッパ回路３００の動作が停止される。その後、昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。
【０１２１】
そして、ステップＳ１０２において第２ダイオード３０４ｂの短絡を検出した場合に進むステップＳ１０８において、第２コンデンサ３０３ｂの電圧値Ｖｃ２が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きいか否かが判断される。電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合には、ステップＳ１０９に進み、電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ１０以下の場合には、ステップＳ１１２に進む。
【０１２２】
そして、ステップＳ１０９において、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第２コンデンサ３０３ｂを充電する向きか否かが判断される。リアクトル３０２に流れる電流の向きが第２コンデンサ３０３ｂを充電する向きの場合、ステップＳ１１０に進み、リアクトル３０２に流れる電流の向きが第２コンデンサ３０３ｂを充電する向きでない場合、ステップＳ１１１に進む。
【０１２３】
そして、ステップＳ１１０において、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフにされる。その後、ステップＳ１０９に戻る。
【０１２４】
そして、ステップＳ１１１において、第１スイッチング素子３０５ａがオンされ、かつ、第２スイッチング素子３０５ｂが、オフにされる。これにより、第２コンデンサ３０３ｂ、第１スイッチング素子３０５ａ、リアクトル３０２、直流出力回路３０１、および、短絡した第２ダイオード３０４ｂのこの順に流れる逆流した電流が、第１スイッチング素子３０５ａのボディダイオードを流れることなく、オンの状態の第１スイッチング素子３０５ａを流れる。そして、第２コンデンサ３０３ｂからの放電は、終了される。なお、この間、第１コンデンサ３０３ａは第１ダイオード３０４ａによって放電は防止される。その後、昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。
【０１２５】
また、ステップＳ１０８において電圧値Ｖｃ２が電圧値Ｖａ１０以下の場合に進むステップＳ１１２において、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂが共にオフにされる。その後、昇圧チョッパ回路３００の短絡検出時の動作が終了される。
【０１２６】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１２７】
第３実施形態では、上記のように、昇圧チョッパ回路３００に、リアクトル３０２の電流の流れる方向を検出する電流検出部３０７を設ける。また、制御部３０８を、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部３０６により検出された第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、電流検出部３０７が検出する電流の流れる向きが反転したことに基づいて、第２スイッチング素子３０５ｂをオフからオンに切り替える制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオード３０４ａが短絡故障した場合に、第１コンデンサ３０３ａから直流出力回路３０１に電流が逆流する時点までは、第２スイッチング素子３０５ｂをオフすることにより、直流出力回路３０１から第１コンデンサ３０３ａのみに充電されるのを回避することができる。その結果、第１コンデンサ３０３ａのみへの充電が回避される分、第１コンデンサ３０３ａの耐圧破壊を防ぐことができる。また、第１コンデンサ３０３ａからの放電が開始され、直流出力回路３０１および第２スイッチング素子３０５ｂに電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子３０５ｂをオンにすることにより、第２スイッチング素子３０５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【０１２８】
また、第３実施形態では、上記のように、制御部３０８を、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部３０６により検出された第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも大きい場合に、電流検出部３０７が検出する電流の流れる向きが第１コンデンサ３０３ａを充電する向き（図４の矢印Ｃ１１方向）から第１コンデンサ３０３ａから放電される向き（図４の矢印Ｃ１２方向）に反転したことに基づいて、第２スイッチング素子３０５ｂをオフからオンに切り替える制御を行うように構成する。これにより、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合でも、直流出力回路３０１から第１コンデンサ３０３ａのみに充電されるのを回避することができ、第１コンデンサ３０３ａの耐圧破壊を防ぐことができる。また、第１コンデンサ３０３ａから放電が開始され、第２スイッチング素子３０５ｂに電流が逆流する時点からは、第２スイッチング素子３０５ｂをオンすることにより、第２スイッチング素子３０５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【０１２９】
また、第３実施形態では、上記のように、制御部３０８を、第１ダイオード３０４ａの短絡が検出された場合で、かつ、電圧検出部３０６により検出された第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも小さい場合に、第２スイッチング素子３０５ｂをオフする制御を行うように構成する。これにより、第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも小さい場合には、第２スイッチング素子３０５ｂをオフすることにより、第１コンデンサ３０３ａのみへの充電が継続されるのを回避することができる。なお、第１ダイオード３０４ａが短絡故障した場合に、第１コンデンサ３０３ａの電圧値Ｖｃ１が直流出力回路３０１の正極の電圧値Ｖａ１０よりも小さい場合には、第２スイッチング素子３０５ｂに電流は逆流しないので、第２スイッチング素子３０５ｂをオフしても、第２スイッチング素子３０５ｂの劣化や故障を抑制することができる。
【０１３０】
また、第３実施形態では、上記のように、互いに直列に接続され、リアクトル３０２を介して直流出力回路３０１の両端に接続された第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂと、第１スイッチング素子３０５ａに接続されるとともに、第１ダイオード３０４ａに接続される第１コンデンサ３０３ａと、第２スイッチング素子３０５ｂに接続されるとともに、第２ダイオード３０４ｂに接続される第２コンデンサ３０３ｂとを含む、昇圧チョッパ回路３００を構成する。これにより、第１ダイオード３０４ａまたは第２ダイオード３０４ｂの短絡故障に起因する、第１スイッチング素子３０５ａまたは第２スイッチング素子３０５ｂの劣化や故障を抑制することが可能な昇圧チョッパ回路３００を提供することができる。また、第３実施形態による昇圧チョッパ回路３００のその他の効果は、第１実施形態における降圧チョッパ回路１００と同様である。
【０１３１】
［第４実施形態］
次に、図６を参照して、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００の構成について説明する。第４実施形態の昇圧チョッパ回路４００には、第３実施形態の昇圧チョッパ回路３００の構成に加えて、第１スイッチング素子３０５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード４０９ａと、第２スイッチング素子３０５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード４０９ｂとがさらに設けられている。なお、上記第１〜第３実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１３２】
（第４実施形態による昇圧チョッパ回路の構成）
図６に示すように、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００は、第１スイッチング素子３０５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード４０９ａと、第２スイッチング素子３０５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード４０９ｂとを含む。
【０１３３】
そして、第１逆並列ダイオード４０９ａおよび第２逆並列ダイオード４０９ｂは、シリコン半導体（好ましくは、Ｓｉ−ＰＩＮダイオード）から構成されている。なお、第１逆並列ダイオード４０９ａおよび第２逆並列ダイオード４０９ｂは、ＳｉＣ−ＳＢＤとして構成することも可能である。
【０１３４】
詳細には、第１スイッチング素子３０５ａのドレインまたはコレクタと、第１逆並列ダイオード４０９ａのカソードとが接続されている。また、第１スイッチング素子３０５ａのソースまたはエミッタと、第１逆並列ダイオード４０９ａのアノードとが接続されている。また、第２スイッチング素子３０５ｂのドレインまたはコレクタと、第２逆並列ダイオード４０９ｂのカソードとが接続されている。また、第２スイッチング素子３０５ｂのソースまたはエミッタと、第２逆並列ダイオード４０９ｂのアノードとが接続されている。また、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００のその他の構成は、第３実施形態における昇圧チョッパ回路３００と同様である。
【０１３５】
（第４実施形態による昇圧チョッパ回路の短絡時の動作）
次に、図６を参照して、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００の短絡時の動作について説明する。なお、昇圧チョッパ回路４００の制御動作は、制御部３０８の制御処理により実行される。
【０１３６】
第１ダイオード３０４ａが短絡故障した場合で、かつ、第１コンデンサ３０３ａから電流の逆流が開始した場合（放電が開始した場合）、第２スイッチング素子３０５ｂはオンされる。逆流した電流は、第１コンデンサ３０３ａから、短絡した第１ダイオード３０４ａ、リアクトル３０２、直流出力回路３０１、第２スイッチング素子３０５ｂおよび第２逆並列ダイオード４０９ｂに流れる。この時、第２スイッチング素子３０５ｂのボディダイオードには電流は略流れず、漏れ電流も略流れない。
【０１３７】
第２ダイオード３０４ｂが短絡故障した場合で、かつ、第２コンデンサ３０３ｂから電流の逆流が開始した場合（放電が開始した場合）、第１スイッチング素子３０５ａはオンされる。その後、逆流した電流は、第１スイッチング素子３０５ａおよび第１逆並列ダイオード４０９ａに流れる。なお、この時、第１スイッチング素子３０５ａのボディダイオードには電流は略流れず、漏れ電流も略流れない。また、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００の通常運転時の動作および短絡検出時の動作（図５参照）は、第３実施形態における昇圧チョッパ回路３００と同様である。
【０１３８】
［第４実施形態の効果］
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１３９】
第４実施形態では、上記のように、昇圧チョッパ回路４００に、第１スイッチング素子３０５ａに逆並列に接続されている第１逆並列ダイオード４０９ａと、第２スイッチング素子３０５ｂに逆並列に接続されている第２逆並列ダイオード４０９ｂとを設ける。これにより、第１スイッチング素子３０５ａに電流が逆流する場合には、逆流した電流が第１逆並列ダイオード４０９ａにも流れるため、その分、第１スイッチング素子３０５ａに逆流する電流の量を小さくすることができる。また、第２スイッチング素子３０５ｂに電流が逆流する場合には、逆流した電流が第２逆並列ダイオード４０９ｂにも流れるため、その分、第２スイッチング素子３０５ｂに逆流する電流の量を小さくすることができる。その結果、より確実に、第１スイッチング素子３０５ａおよび第２スイッチング素子３０５ｂの劣化や故障を抑制することができる。また、第４実施形態による昇圧チョッパ回路４００のその他の効果は、第３実施形態における昇圧チョッパ回路３００と同様である。
【０１４０】
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【０１４１】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、第１ダイオードおよび第２ダイオードの短絡の検出を、電流検出部および制御部により行う例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、本発明では、昇圧チョッパ回路に、短絡検出用の専用の回路を、電流検出部および制御部とは別個に設けてもよい。
【０１４２】
たとえば、第１ダイオードおよび第２ダイオードの両極間の電圧を検出する検出器によって、短絡を検知するのでもよい。これにより、両極間の電圧と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の動作状態とを対応付けて、第１ダイオードおよび第２ダイオードの順電圧、あるいは、逆電圧と合わせて短絡を検知することができる。
【０１４３】
また、上記第１〜第４実施形態では、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第１ダイオード、および、第２ダイオードを、ワイドバンドギャップ半導体から構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、本発明では、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第１ダイオード、および、第２ダイオードを、たとえば、シリコン半導体から構成してもよい。
【０１４４】
また、上記第１実施形態による降圧チョッパ回路の制御動作および上記第３実施形態による昇圧チョッパ回路の制御動作の説明を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
【符号の説明】
【０１４５】
１、３０１  直流出力回路
１ａ  第１直流出力回路（直流出力回路、第１出力回路）
１ｂ  第２直流出力回路（直流出力回路、第１出力回路）
２、３０２  リアクトル
３  コンデンサ（コンデンサ回路、降圧チョッパ用コンデンサ）
４ａ、３０４ａ  第１ダイオード
４ｂ、３０４ｂ  第２ダイオード
５ａ、３０５ａ  第１スイッチング素子
５ｂ、３０５ｂ  第２スイッチング素子
６、３０６  電圧検出部
７、３０７  電流検出部（電流方向検出部、短絡検出部）
８、３０８  制御部（短絡検出部）
１００、２００  降圧チョッパ回路（チョッパ回路）
２０９ａ、４０９ａ  第１逆並列ダイオード
２０９ｂ、４０９ｂ  第２逆並列ダイオード
３００、４００  昇圧チョッパ回路（チョッパ回路）
３０３  コンデンサ回路
３０３ａ  第１コンデンサ（昇圧チョッパ用第１コンデンサ）
３０３ｂ  第２コンデンサ（昇圧チョッパ用第２コンデンサ）
【図１】
2017189083.tif 000003
【図２】
2017189083.tif 000004
【図３】
2017189083.tif 000005
【図４】
2017189083.tif 000006
【図５】
2017189083.tif 000007
【図６】
2017189083.tif 000008