DC/DC转换器的控制装置的制作方法

本发明涉及dc/dc转换器的控制装置。

背景技术：

作为现有的dc/dc转换器(电力转换装置)，存在具有端子组、电抗器和开关元件串联电路，对从电池向电动机的电压进行升降压的装置。

端子组具有第1端子和第2端子，开关元件串联电路是第1开关元件和第2开关元件串联连接而成的。

第1开关元件和第2开关元件的串联体中，第1开关元件和第2开关元件的连接点经由电抗器连接到第1端子，第1开关元件和第2开关元件的连接点的相反侧连接到第2端子。

第1端子被设为低电压侧，第2端子被设为高电压侧，在低电压侧和高电压侧之间进行直流电压的转换。

dc/dc转换器具有运算单元和开闭控制单元。

运算单元基于高电压侧的电压指令值即高电压侧电压指令值与高电压侧的电压的检测值即高电压侧电压检测值的差电压、或低电压侧的电压指令值即低电压侧电压指令值与低电压侧的电压的检测值即低电压侧电压检测值的差电压来算出运算值。

开闭控制单元根据运算值求出通电率，根据该通电率控制第1开关元件及第2开关元件的开闭动作(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5457559号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在以往的dc/dc转换器中，高电压侧电压传感器的状态由用于检测高电压侧电压的电压传感器随时检测，根据检测到的值是正常还是异常来进行故障判定。

当用于检测高电压侧电压的电压传感器没有故障时，将dc/dc转换器设为通常模式，电压转换通过开关处理来进行，当用于检测高电压侧电压的电压传感器故障时，无法检测高电压侧电压，因此将第2开关元件固定为导通状态。

当用于检测高电压侧电压的电压传感器发生故障时，高电压侧电压和低电压侧电压在保持某个一定的关系的同时继续控制，但由于用于检测高电压侧电压的电压传感器发生故障，因此无法检测电动机的动作变化为发电/驱动时的高电压侧电压的变化，无法在安全的状态下运行。

其结果，当高电压侧电压变得过大时，引起dc/dc转换器的电路的破坏，当高电压侧电压变得过小时，控制电动机所需的电压不足，陷入不能控制的状态。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于针对dc/dc转换器中的用于检测高电压侧电压的电压传感器的故障，防止dc/dc转换器的电路故障，能够继续控制dc/dc转换器。

解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的dc/dc转换器的控制装置中，该dc/dc转换器具有一端连接到直流电源的电抗器、以及包含多个半导体开关元件而构成并与所述电抗器的另一端连接的开关电路，该dc/dc转换器对从所述直流电源输入的输入电压进行转换，将转换后的所述输入电压作为输出电压输出，所述dc/dc转换器的控制装置包括：用于检测作为输入电压的低电压侧电压的低电压侧电压传感器；输出由低电压侧电压传感器检测到的电压的低电压侧电压检测器；用于检测作为输出电压的高电压侧电压的第1高电压侧电压传感器；输出由第1高电压侧电压传感器检测到的输出电压的第1高电压侧电压检测器；及用于检测作为输出电压的高电压侧电压的第2高电压侧电压传感器；输出由第2高电压侧电压传感器检测到的输出电压的第2高电压侧电压检测器；及检测第1高电压侧电压传感器和第2高电压侧电压传感器的故障的故障检测单元，利用低电压侧电压检测器的低电压侧检测电压、第1高电压侧电压检测器的第1高电压侧检测电压、第2高电压侧电压检测器的第2高电压侧检测电压，来切换控制多个半导体开关元件各自的导通及截止。

发明效果

根据本发明的dc/dc转换器的控制装置，具有用于检测dc/dc转换器的高电压侧电压的两个电压传感器，能够使高电压侧的半导体开关元件导通来监视用于检测高电压侧电压的电压传感器的异常，因此即使用于检测高电压侧电压的一个电压传感器发生故障，也能够通过未检测到故障一方的用于检测高电压侧电压的另一个电压传感器进行监视，进行高电压侧电压的故障检测，防止dc/dc转换器的电路故障，能够继续控制dc/dc转换器。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的dc/dc转换器的控制装置的结构的结构图。

图2是表示本发明的实施方式2中的dc/dc转换器的控制装置的结构的结构图。

图3是表示本发明的实施方式2的dc/dc转换器的控制装置中实施高电压侧推定电压的推定和电压传感器的故障检测的控制的动作流程的流程图。

图4是表示本发明的实施方式2的dc/dc转换器的控制装置中的驱动侧的电动机的感应电压和转速的关系的图。

图5是表示本发明的实施方式2的dc/dc转换器的控制装置中的发电侧的电动机的感应电压和转速的关系的图。

图6是表示本发明的实施方式3、4中的dc/dc转换器的控制装置的结构的结构图。

图7是表示本发明的实施方式3的dc/dc转换器的控制装置中感应电压较低时检测电压传感器的故障的处理的流程的流程图。

图8是表示本发明的实施方式3的dc/dc转换器的控制装置中检测高电压侧电压的电压传感器的故障判定的处理的流程的流程图。

图9是表示本发明的实施方式3的dc/dc转换器的控制装置中检测高电压侧电压的电压传感器的故障判定的处理的流程的流程图。

图10是表示本发明的实施方式4的dc/dc转换器的控制装置中高电压侧推定电压较低时检测用于检测高电压侧电压的电压传感器的故障的处理的流程的流程图。

具体实施方式

实施方式1.

图1表示作为本发明的实施方式的dc/dc转换器的控制装置的结构例，首先，对实施方式1进行说明。

本发明的实施方式1中的dc/dc转换器的控制装置如下构成。

如图1所示，dc/dc转换器(电力转换装置)100构成为具有电抗器102、由构成开关电路的第1半导体开关元件(低电压侧的半导体开关元件)103和第2半导体开关元件(高电压侧的半导体开关元件)104构成的半导体模块107、低电压侧电容器101、第1半导体开关元件103和第2半导体开关元件104，并通过控制装置300进行控制。

另外，分别在dc/dc转换器100的低电压侧(端子100a-端子100b间)连接有作为直流电源的高电压电池1，在高电压侧(端子100c-端子100d间)连接有电动机2。电动机2具备控制来自dc/dc转换器100的输出的逆变器，在图1中，电动机2中包含该逆变器来表示。即，电动机2接受来自与逆变器电连接的直流电源的电力供给而产生动力。另外，电动机2除了这样的电动机的功能以外，还可以具有发电动机的功能。

在此，上述的逆变器是在直流电源与电动机2之间进行电力转换的直流交流转换装置。逆变器构成为桥式电路，该桥式电路中，在与直流电源的正极连接的正极电线和与直流电源的负极连接的负极电线之间串联连接的2个开关元件与电动机2的3相各相(u相、v相、w相)的绕组对应地设置有3组。串联连接正极侧的开关元件和负极侧的开关元件的连接点与对应的相的绕组连接。开关元件使用反向并联连接有续流二极管的igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)、mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等芯片。

图1示出了具有一个电动机的系统，但是也存在具有两个电动机的系统，在此情况下，一个电动机用作驱动侧，另一个电动机用作发电侧。

另外，各半导体开关元件103、104例如分别由igbt和与其反向并联连接的二极管构成。

此外，dc/dc转换器100包括用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a、第2电压传感器201b和用于检测低电压侧电压的电压传感器203。在故障检测单元301中，用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的值被输出到第1高电压侧电压检测器401，用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的值被输出到第2高电压侧电压检测器402，并且用于检测低电压侧电压的电压传感器203的值被输出到低电压侧电压检测器403。检测流过电抗器102的电流的电流传感器202的检测值被输入到控制装置300。

在图1中，dc/dc转换器(电力转换装置)100是能够在低电压侧和高电压侧之间进行双向的电力转换的双向型的dc/dc转换器，将输入到低电压侧的端子即端子100a-端子100b之间的输入电压(低电压侧电压)升压到输入电压(低电压侧电压)以上的电压，并将升压后的输出电压(高电压侧电压)输出到高电压侧的端子即端子100c-端子100d之间。

第1半导体开关元件103的一端连接到低电压侧电容器101的负极侧端子，另一端通过电抗器102连接到低电压侧电容器101的正极侧端子。

第2半导体开关元件104的一端与第1半导体开关元件103的另一端连接，另一端与高电压侧电容器105的正极侧端子连接。高电压侧电容器105的负极侧端子连接至第1半导体开关元件103的一端。此外，高电压侧放电电阻器106与高电压侧电容器105并联连接。

低电压侧电容器101使输入电压(低电压侧电压)平滑化。电抗器102用于能量累积。半导体模块107将输入电压(低电压侧电压)升压到输出电压(高电压侧电压)。另外，半导体模块107的各半导体开关元件103、104在本实施方式中在栅极信号为高电平时导通。高电压侧电容器105使输出电压(高电压侧电压)平滑化。高电压侧放电电阻106用于释放存储在高电压侧电容器105中的电荷。控制装置300生成各半导体开关元件103、104的栅极信号，使各半导体开关元件103～104进行导通、截止动作。

当故障检测单元301基于由第1高电压侧电压检测器401检测到的第1高电压侧检测电压v2s检测到用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障时，控制装置300使第2半导体开关元件104导通，并且使用从第2高电压侧电压检测器402输出的第2高电压侧检测电压v2m检测用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障。因此，控制装置300能够使第2半导体开关元件104导通，并且使用由第1高电压侧电压检测器401监测的第1高电压侧检测电压v2s来检测高电压侧输出电压的异常，并且即使在用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a发生故障之后或者在用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b发生故障之后也能够继续运行。

实施方式2.

以下，对本发明的实施方式2进行说明。

图2是表示用于说明本发明的实施方式2的dc/dc转换器的控制装置的结构图。

实施方式2中的dc/dc转换器的控制装置的基本结构与实施方式1相同，但在实施方式2中，如图2所示，动作信息获取单元302获取电动机2的动作信息(电动机的转速n、第2半导体开关元件104的开关信息)，监视各自的状态。另外，设置高电压侧电压推定单元303，并且输入有来自第1高电压侧电压检测器401、第2高电压侧电压检测器402和操作信息获取单元302的信息。

图3是示出了用于说明本发明的实施方式2的高电压侧推定电压的推定方法、用于根据高电压侧推定电压和高电压侧检测电压对用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a、用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障进行检测的处理的流程的流程图。

如图3所示，在控制电动机2的逆变器全部为栅极截止状态(步骤s201)下，最初设置高电压侧推定电压v2est的初始值和采样周期tsamp的初始值(步骤s202)。

根据电动机的转速n计算电动机的感应电压vtrc(驱动侧)，此外，根据高电压侧推定电压v2est的初始值、采样周期tsamp、高电压侧电容器105的最大值cmax、以及高电压侧放电电阻106的最大值rmax，在高电压侧电压推定单元303中计算高电压侧推定电压v2est(步骤s203)。

当第1高电压侧检测电压v2s与高电压侧推定电压v2est的差为预先决定的规定值以上时(步骤s204)，检测到用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障(步骤s205)，使第2半导体开关元件104导通(步骤s206)。

当第2高电压侧检测电压v2m与高电压侧推定电压v2est的差在预先决定的规定值以上时(步骤s207)，检测到用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b发生故障(步骤s208)，使第2半导体开关元件104导通(步骤s209)。

如果上述两个条件都不满足，则再次设定高电压侧推定电压v2est的初始值和采样周期tsamp的初始值(步骤s210)，根据高电压侧推定电压v2est的初始值和采样周期tsamp的初始值，计算出高电压侧推定电压v2est(步骤s203)。在此，高电压侧推定电压v2est的初始值v2ini被设定为高电压侧推定电压v2est、第1高电压侧检测电压v2s、第2高电压侧检测电压v2m、电动机的感应电压vtrc(驱动侧)和电动机的感应电压vgen(发电侧)中的最大值。另外，电动机的感应电压vtrc、vgen根据电动机的转速n算出。

如上所述，由于高电压侧推定电压不是监视值而是推定值，所以不增加传感器就能检测故障。

在本实施方式中，设为采用高电压侧放电电阻作为放电单元的结构，但即使是恒流电路等其他结构，也能够得到同样的效果。

图4、图5是表示本发明的实施方式2中的电动机的感应电压与转速的关系的图。图4在最高转速nmax和最高感应电压vtrcm的范围内表示电动机的驱动侧(动力运行动作状态)的电动机2的转速n和感应电压vtrc的关系，另外，图5在最高转速nmax和最高感应电压vgenm的范围内表示发电侧(发电、再生动作状态)的电动机2的转速n和感应电压vgen的关系。

如图4、图5所示，电动机的感应电压vtrc、vgen与电动机的转速n成比例，因此，可从电动机的转速n求出电动机的感应电压vtrc、vgen，在具有两个电动机的系统中，测量两个电动机的转速，分别在驱动侧和发电侧求出电动机的感应电压vtrc、vgen。

实施方式3.

以下，对本发明的实施方式3进行说明。

图6是表示用于说明本发明的实施方式3的dc/dc转换器的控制装置的结构图。

实施方式3中的dc/dc转换器的控制装置的基本结构与实施方式1相同，但在实施方式3中，如图6所示，设置有电池电压检测器404，该电池电压检测器404输出由检测高电压电池1的电压的电池电压传感器204检测出的电压的信息。此外，设置了故障检测器304，该故障检测器304接收来自第1高电压侧电压检测器401、第2高电压侧电压检测器402、低电压侧电压检测器403和电池电压检测器404的输出，并且检测第1电压传感器201a和第2电压传感器201b的故障。并且，设置有执行电动机2的感应电压较低时的处理的处理部501。

图7是用于说明本发明的实施方式3的图，是表示在电动机2的感应电压较低时使第2半导体开关元件104导通后，检测用于检测高电压侧电压的电压传感器的故障的流程的流程图。

如图7所示，在高电压电池1的电池电压vbatt与电动机的感应电压vtrc(驱动侧)的差为预先决定的规定值以上时，以及电池电压vbatt与电动机的感应电压vgen(发电侧)的差为预先决定的规定值以上时(步骤s501)，使第2半导体开关元件104导通(步骤s502)，进行用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a和用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定(步骤503)。

图8、图9是用于说明本发明的实施方式3的图，是表示用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a和用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定的流程的流程图，并且是图7中的步骤s503中的用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a和用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定处理部分的详细流程图。

如图8所示，根据低电压侧检测电压v1与第1高电压侧检测电压v2s之间的差的绝对值以及电池电压vbatt与第1高电压侧检测电压v2s之间的差的绝对值的条件(步骤s601)，检测/确定用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a发生了故障的情况(步骤s602、步骤s603)。

即，如果第1高电压侧检测电压v2s与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值为预先决定的规定值以下，并且第1高电压侧检测电压v2s与电池电压vbatt之间的差的绝对值为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障判定条件成立。此外，如果第1高电压侧检测电压v2s与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以下，第1高电压侧检测电压v2s与电池电压vbatt之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障判定条件不成立。

如图9所示，根据低电压侧检测电压v1与第2高电压侧检测电压v2m之间的差的绝对值以及电池电压vbatt与第2高电压侧检测电压v2m之间的差的绝对值的条件(步骤s701)，检测/确定用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b发生了故障的情况(步骤s702、步骤s703)。

即，如果第2高电压侧检测电压v2m与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值为预先决定的规定值以下，并且第2高电压侧检测电压v2m与电池电压vbatt之间的差的绝对值为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定条件成立。此外，如果第1高电压侧检测电压v2m与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以下，第1高电压侧检测电压v2m与电池电压vbatt之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定条件不成立。

以这种方式，判定用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a是否发生了故障、用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b是否发生了故障。

这样，不追加新的传感器就能够进行故障检测，在电动机的感应电压vtrc、vgen低时，使第2半导体开关元件104导通来进行故障检测，由此，在电动机的感应电压vtrc、vgen因电动机的反电动势而比电池电压vbatt大的情况下，电池成为过充电，存在电池劣化的可能性，但若使第2半导体开关元件104导通，则能够防止电动机的感应电压vtrc比电池电压vbatt大的状态，能够防止过充电。

实施方式4.

以下，对本发明的实施方式4进行说明。实施方式4中的dc/dc转换器的控制装置的基本结构与图1所示的相同，但在实施方式4中，如图6所示，设置有接受来自高电压侧电压推定单元303的信息，实施高电压侧推定电压较低时的处理的处理部502。

图8是用于说明本发明的实施方式4的图，是表示在高电压侧推定电压较低时，在将第2半导体开关元件104导通之后检测传感器的故障的流程的流程图。

如图10所示，当高电压侧推定电压v2est为预先决定的规定值以下时(步骤s801)，使第2半导体开关元件104导通(步骤s802)，并进行用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a和用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定(步骤s803)。

此外，图10中的用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a和用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定处理部分与上述实施方式3的情况相同。

即，如图8所示，根据第1高电压侧检测电压v2s与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值、以及第1高电压侧检测电压v2s与电池电压vbatt之间的差的绝对值的条件(步骤s601)，检测/确定用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a发生了故障的情况(步骤s602、步骤s603)。

如果第1高电压侧检测电压v2s与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值为预先决定的规定值以下，并且第1高电压侧检测电压v2s与电池电压vbatt之间的差的绝对值为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障判定条件成立。此外，如果第1高电压侧检测电压v2s与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以下，第1高电压侧检测电压v2s与电池电压vbatt之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障判定条件不成立。

此外，如图9所示，根据低电压侧检测电压v1与第2高电压侧检测电压v2m之间的差的绝对值的条件(步骤s701)，检测/确定用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b发生了故障的情况(步骤s702、步骤s703)。

如果第2高电压侧检测电压v2m与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值为预先决定的规定值以下，并且第2高电压侧检测电压v2m与电池电压vbatt之间的差的绝对值为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定条件成立。此外，如果第1高电压侧检测电压v2m与低电压侧检测电压v1之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以下，第1高电压侧检测电压v2m与电池电压vbatt之间的差的绝对值并非为预先决定的规定值以上，则用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的故障判定条件不成立。

以这种方式，判定用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a是否发生了故障、用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b是否发生了故障。

如上所述，即使在用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a或用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b中的某一方处于故障的状态下，也可以在没有过电压的状态下将dc/dc转换器安全地栅极导通。

实施方式5.

以下，对本发明的实施方式5进行说明。实施方式5中的dc/dc转换器的控制装置的基本结构与图1所示的结构相同。

用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的检测精度比用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的检测精度高，并且用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b的检测延迟比用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的检测延迟短。dc/dc转换器的结构的特征在于，使用用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a来控制输出电压，电动机2的逆变器使用用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b来控制电动机2。通过这样的结构，通过使功能分散，不需要使用具有相同功能的传感器，能够实现成本降低。

实施方式6.

以下，对本发明的实施方式6进行说明。实施方式6中的dc/dc转换器的控制装置的基本结构与图1所示的结构相同。

用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的检测精度比用于检测所述高电压侧电压的第2电压传感器201b的检测精度高，并且用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的检测延迟比用于检测所述高电压侧电压的第2电压传感器201b的检测延迟短。dc/dc转换器的结构的特征在于，使用用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a来控制输出电压，电动机2的逆变器使用用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a来控制电动机2，在检测出用于检测高电压侧电压的第1电压传感器201a的故障时，使用用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b。通过这样的结构，能够廉价地构成用于检测高电压侧电压的第2电压传感器201b。

此外，本发明并不局限于上述各实施方式，当然也包含这些实施方式所有可能的组合。另外，在实施方式中，描述了半导体开关元件为两个的结构，但即使是使用三个以上半导体开关元件的结构，当然也能够得到同样的效果。

本发明在其发明的范围内，能够自由地组合各实施方式，另外，能够适当地变更、省略各实施方式。

标号说明

1高电压电池、100dc/dc转换器、101低电压侧电容器、102电抗器、103第1半导体开关元件(低电压侧的半导体开关元件)、104第2半导体开关元件(高电压侧的半导体开关元件)、105高电压侧电容器、106高电压侧放电电阻、201a第1电压传感器、201b第2电压传感器、203电压传感器、204电池电压传感器、300控制装置、301故障检测单元、302动作信息获取单元、303高电压侧电压推定单元、304故障检测器、401第1高电压侧电压检测器、402第2高电压侧电压检测器、403低电压侧电压检测器、404电池电压检测器、501、502处理单元。