JP2014128183A - Ｄｃ−ｄｃコンバータの異常判定装置及び異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置及び異常判定方法に係り、電圧変換動作を行うことなく異常判定を正確に行うことにある。
【解決手段】インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する装置は、スイッチング素子をオン／オフさせるオン／オフ制御手段と、インダクタに流れる電流を検出する電流検出手段と、オン／オフ制御手段によるスイッチング素子のオン中又はオフ中に電流検出手段により検出される電流の時間変化に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する異常判定手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置及び異常判定方法に係り、特に、インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する装置及び方法に関する。

従来、アイドリングストップシステム搭載車両におけるエンジンの自動再始動時にバッテリ電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。一般に、バッテリ電圧は、エンジンの自動再始動時、スタータへの電力供給に起因して電圧低下する。そこで、上記のＤＣ−ＤＣコンバータでは、エンジンの自動再始動時において、バッテリ電圧の低下を補償すべく、そのバッテリ電圧を昇圧する。

上記の異常判定装置は、エンジンの燃料カット実行中にオルタネータにより一定電圧が出力される状況で、そのオルタネータからの電圧をダイオードなどの電圧降下手段を用いて所定電圧だけ降下させつつ、オルタネータから出力される電圧とＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧される電圧とを比較することで、そのＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する。

特開２０１２−７７７１４号公報

しかしながら、上記した異常判定装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧動作を行った後の電圧値は昇圧動作を行う前の電圧値に比べてバラツキが大きく、ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を精度良く判定することは困難である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、電圧変換動作を行うことなく異常判定を正確に行うことが可能なＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置及び異常判定方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する装置であって、前記スイッチング素子をオン／オフさせるオン／オフ制御手段と、前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記オン／オフ制御手段による前記スイッチング素子のオン中又はオフ中に前記電流検出手段により検出される前記電流の時間変化に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する異常判定手段と、を備えるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置により達成される。

また、上記の目的は、インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する方法であって、前記スイッチング素子をオン／オフさせる第１のステップと、前記第１のステップにおける前記スイッチング素子のオン中又はオン中に前記インダクタに流れる電流の時間変化に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する第２のステップと、を備えるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定方法により達成される。

本発明によれば、電圧変換動作を行うことなく異常判定を正確に行うことができる。

本発明の第１実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置の構成図である。 エンジンの自動再始動時にバッテリ電圧が低下する状況を表した図である。 本実施例の異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータに異常が発生していることが判定された際の具体的な故障箇所を列挙した表の一例である。 本実施例の異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する手法を説明するための図である。 本実施例の異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定すべく実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 本発明の変形例である異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する手法を説明するための図である。 本発明の変形例であるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置の要部構成図である。 本発明の第２実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置の要部構成図である。 本発明の第３実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置の要部構成図である。 本実施例の異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する手法を説明するための図である。 本発明の変形例である異常判定装置においてＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する手法を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置及び異常判定方法の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定装置１２の構成図を示す。また、図２は、車両エンジンの自動再始動時にバッテリ電圧が低下する状況を表した図を示す。

本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、例えば、車両に搭載されており、車載バッテリの出力電圧を昇圧して車載電気負荷に電力供給を行う装置であって、具体的には、アイドリングストップシステム搭載車両におけるエンジンの自動再始動時にバックアップ電源確保等のために昇圧動作を行う昇圧装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、バッテリ１４と電気負荷１６との間に介在されている。

バッテリ１４は、蓄えている電力を所定電圧（通常は、例えば１２ボルト）で外部出力することが可能な車載バッテリである。また、電気負荷１６は、バッテリ１４の電圧又はそのバッテリ電圧よりも高い電圧で作動する電気負荷であって、エンジン停止時のタイミングにもまたエンジン再始動時のタイミングにも作動し得る電気負荷である。電気負荷１６は、例えば、車両に搭載されるエンジンスタータやブレーキユニット，ランプユニット，メータユニット，電子制御ユニット（ＥＣＵ），オーディオなどであればよく、複数設けられていてもよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、インダクタ２０と、スイッチング素子２２と、ダイオード２４と、コンデンサ２６と、からなる昇圧回路２８を備えている。インダクタ２０は、所定のインダクタンス値Ｌを有するチョークコイルである。インダクタ２０の一端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０すなわち昇圧回路２８の入力端子として、バッテリ１４に接続されている。インダクタ２０の一端には、バッテリ１４の電圧が入力電圧Ｖｉとして入力される。インダクタ２０の他端には、スイッチング素子２２が接続されている。スイッチング素子２２は、インダクタ２０の他端と接地端との間に介在されている。スイッチング素子２２は、後述の昇圧制御ＩＣからの指令に従ってオン／オフされる例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどである。

インダクタ２０の他端には、また、ダイオード２４のアノード端子が接続されている。ダイオード２４のカソード端子には、電力を蓄えることが可能なコンデンサ２６の一端が接続されている。コンデンサ２６は、ダイオード２４のカソード端子と接地端との間に介在されている。また、ダイオード２４のカソード端子及びコンデンサ２６の一端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０すなわち昇圧回路２８の出力端子として、上記の電気負荷１６に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０すなわち昇圧回路２８は、スイッチング素子２２のオン／オフによりバッテリ１４の出力電圧を昇圧して電気負荷１６へ電力供給を行う。

かかる昇圧回路２８においては、スイッチング素子２２がオフされた状態でバッテリ１４からインダクタ２０の一端に入力電圧Ｖｉが印加されると、インダクタ２０に電流が流れてそのインダクタ２０が充電される。そして、スイッチング素子２２がオフからオンへ切り替わると、以後、インダクタ２０に流れる電流が時間の経過に伴って比例的に増加することで、インダクタ２０に蓄えられる電力が時間の経過に伴って増加すると共に、コンデンサ２６から電気負荷１６へ向けて電力が供給される。

次に、スイッチング素子２２がオンからオフへ切り替わると、以後、インダクタ２０に流れる電流がダイオード２４を経由して電気負荷１６側へ流れると共に、インダクタ２０に蓄えられていた電力が電気負荷１６へ向けて放出されて、その電流が時間の経過に伴って比例的に減少する。この際には、昇圧回路２８の出力電圧Ｖｏが、入力電圧（すなわち、バッテリ１４の電圧）Ｖｉとインダクタ２０で発生する電圧との合計値となるので、その入力電圧Ｖｉよりも高くなると共に、また、コンデンサ２６が、その入力電圧Ｖｉよりも高い出力電圧Ｖｏで充電される。

そして、スイッチング素子２２がオフからオンへ切り替わると、以後、再び、時間の経過に伴ってインダクタ２０に流れる電流が比例的に増加しインダクタ２０に蓄えられる電力が増加してインダクタ２０の充電が行われると共に、コンデンサ２６から電気負荷１６へ向けて入力電圧Ｖｉよりも高い電圧で電力が供給される。その後は、スイッチング素子２２のオン／オフが所定周期で繰り返し行われる。かかる動作によれば、昇圧回路２８が常に入力電圧Ｖｉよりも高い電圧Ｖｏを出力するＤＣ−ＤＣコンバータ１０による昇圧が実現される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、また、上記の如き昇圧回路２８での昇圧動作を制御する昇圧制御ＩＣ３０を備えている。昇圧制御ＩＣ３０は、昇圧制御回路３２、及び、その昇圧制御回路３２に接続されるゲートドライバ３４を有している。昇圧制御回路３２は、通常時においてスイッチング素子２２のオン／オフを制御する回路である。昇圧制御回路３２は、自車両エンジンの自動停止条件の成立に伴うアイドリングストップ後、エンジンの自動再始動条件が成立するか否かの情報に基づいて、スイッチング素子２２のオン／オフを制御する。

具体的には、昇圧制御回路３２は、上記の自動再始動条件が成立しないと判別した場合は、昇圧回路２８での昇圧が行われないように、スイッチング素子２２をオフする指令をゲートドライバ３４に対して供給し、一方、上記の自動再始動条件が成立すると判別した場合は、昇圧回路２８での昇圧が適切に行われるように、上記の如くスイッチング素子２２をオン／オフする指令をゲートドライバ３４に対して供給する。ゲートドライバ３４は、スイッチング素子２２のゲートに接続されている。ゲートドライバ３４は、昇圧制御回路３２からの指令に従ってスイッチング素子２２をオン／オフ駆動する。

尚、上記したエンジンの自動停止条件は、例えば、車両運転者によるブレーキペダルの踏み込み操作が行われていることや車速がエンジン停止速度以下であることなどである。また、上記したエンジンの自動再始動条件は、例えば、エンジン停止状態においてブレーキペダルの踏み込み操作が解除されたことやアクセルペダルの踏み込み操作が行われたことなどである。

従って、本実施例においては、図２に示す如く、アイドリングストップ後のエンジンの自動再始動時、バッテリ１４の電圧が低下するときにも、昇圧制御回路３２によりスイッチング素子２２のオン／オフ駆動を行うことで、そのバッテリ電圧が通常の電圧（例えば、バッテリ１４の目標電圧）まで昇圧された昇圧電源を生成することができる。このため、本実施例によれば、エンジンの自動再始動時にもＤＣ−ＤＣコンバータ１０から電気負荷１６へ安定した電圧を印加することができ、エンジンの自動再始動前後のタイミングにおいて電気負荷１６を適切に継続して作動させることができる。

本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０において、スイッチング素子２２（具体的には、ソース端子）の下流側には、抵抗３６が設けられている。すなわち、抵抗３６は、スイッチング素子２２と接地端との間に介在されている。抵抗３６は、スイッチング素子２２から接地端へ向けて流れる電流の大きさを検出するための電流検出抵抗である。抵抗３６の両端は、昇圧制御ＩＣ３０に内蔵された電流検出アンプ３８の入力端子に接続されている。電流検出アンプ３８は、スイッチング素子２２から接地端へ向けて流れる電流の大きさＩに応じた信号を出力するアンプである。

昇圧制御ＩＣ３０は、また、制御部４０、スイッチ４２、及び検査用回路４４を有している。上記した電流検出アンプ３８の出力端子は、スイッチ４２を介して昇圧制御回路３２及び検査用回路４４に接続されている。スイッチ４２は、電流検出アンプ３８の出力端子を昇圧制御回路３２及び検査用回路４４の何れか一方に選択的に接続させるための切替器である。スイッチ４２は、通常は、電流検出アンプ３８の出力端子を昇圧制御回路３２に接続させる。

電流検出アンプ３８の出力端子がスイッチ４２により昇圧制御回路３２に接続されている場合、その電流検出アンプ３８の出力信号は、昇圧制御回路３２に供給される。昇圧制御回路３２は、昇圧回路２８での昇圧動作中にスイッチング素子２２に流れる過電流を検出する過電流検出機能を有している。昇圧制御回路３２は、電流検出アンプ３８の出力信号に基づいてスイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉがスイッチング素子２２などを破壊し得る異常値に達しているか否かを判別する。

その結果、昇圧制御回路３２は、スイッチング素子２２の電流Ｉが異常値に達していないと判別した場合は、昇圧回路２８での昇圧動作を実行し、通常どおり、スイッチング素子２２のオン／オフを制御する。一方、スイッチング素子２２の電流Ｉが異常値に達していると判別した場合は、昇圧回路２８での昇圧動作を中止し、スイッチング素子２２をオフさせる。

従って、本実施例においては、昇圧回路２８での昇圧動作中にスイッチング素子２２に過電流が流れる異常が発生するか否かに応じて、その昇圧動作を中止することができる。このため、本実施例によれば、過電流発生時にスイッチング素子２２を過電流や発熱から保護することができる。

図３は、本実施例の異常判定装置１２においてＤＣ−ＤＣコンバータ１０に異常が発生していることが判定された際の具体的な故障箇所を列挙した表の一例を示す。図４は、本実施例の異常判定装置１２においてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定する手法を説明するための図を示す。また、図５は、本実施例の異常判定装置１２において昇圧制御ＩＣ３０がＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定すべく実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。

本実施例の異常判定装置１２は、昇圧制御ＩＣ３０に内蔵される検査用回路４４を備えている。検査用回路４４は、インダクタ２０のショートやスイッチング素子２２の異常などのＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定するための回路である。検査用回路４４には、制御部４０によるスイッチ４２の切り替えによって電流検出アンプ３８の出力端子が接続され得る。

制御部４０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定を行うべき検査指示が入力される。制御部４０は、かかる検査指示に従って、電流検出アンプ３８の出力端子を検査用回路４４に接続させるようにスイッチ４２の切り替えを行う。スイッチ４２は、制御部４０からの検査指示に基づく切替指示に従って、電流検出アンプ３８の出力端子を検査用回路４４に接続させ、上記した接続の切替を行う。

尚、制御部４０に上記の検査指示が入力されるタイミングは、昇圧回路２８での昇圧動作中では無く、その非動作時であって、昇圧回路２８の入力電圧（すなわち、バッテリ電圧）Ｖｉが安定するタイミング（例えば、アイドリングストップ直前のタイミングなど）である。また、制御部４０は、検査指示に基づくスイッチ４２への切替指示を後述のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定するのに必要十分な時間継続して行うものとすればよく、スイッチ４２が電流検出アンプ３８の出力端子を検査用回路４４に接続させる状態は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定するのに必要十分な時間だけ継続されるものとすればよい。

電流検出アンプ３８の出力端子がスイッチ４２により検査用回路４４に接続されている場合、その電流検出アンプ３８の出力信号は、検査用回路４４に供給される。検査用回路４４には、上記した制御部４０が接続されていると共に、上記したゲートドライバ３４が接続されている。制御部４０は、入力された検査指示に従って、検査用回路４４に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定を行うことを指令する実行指示を発する。検査用回路４４は、制御部４０からの実行指示に従って、電流検出アンプ３８の出力信号に基づいてスイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定する。

以下、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定する具体的な手法について説明する。

上述の如く、スイッチング素子２２がオンされると、以後、インダクタ２０に流れる電流が増加する。この際、インダクタ２０に流れる電流は、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉとそのインダクタンス値Ｌとに応じた傾き（Ｖｉ／Ｌ）で変化する。このため、スイッチング素子２２がオフからオンに切り替わると、以後、インダクタ２０からスイッチング素子２２を経由して接地側へ流れる電流Ｉ（ｔ）は、次式（１）に示す如く、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉとインダクタンス値Ｌとスイッチング素子２２のオン継続時間ｔとに応じた値となる。

Ｉ（ｔ）＝Ｖｉ／Ｌ×ｔ ・・・（１）
スイッチング素子２２のオン中、インダクタンス値Ｌは通常は一定値であるので、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが安定しかつＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあれば、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉは、スイッチング素子２２のオン継続時間ｔに時間比例して一定割合で増加する。一方、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが変動し或いはＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉが、スイッチング素子２２のオン継続時間ｔに対して一定割合で増加しなくなる。

この点、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが安定した状態にあれば、スイッチング素子２２がオフからオンに切り替わってから、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉが予め定められた所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間を測定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定することが可能である。上記の到達時間が想定範囲内にあれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間が想定範囲内になければ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定することができる。

具体的には、上記の到達時間が想定範囲を下回る場合、すなわち、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉが想定以上に早いタイミングで所定の基準電流値Ｉ０に達した場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に、図３において異常判定Ｘとして示す故障が発生したと判定することができる。この異常判定Ｘの故障箇所としては、例えば、インダクタ２０のインダクタンス値Ｌが想定値よりも小さくなっている異常、インダクタ２０のショート、ダイオード２４のショート異常、昇圧制御ＩＣ３０に内蔵されるＩＣクロックの周波数が想定値よりも低周波数になっている異常、抵抗３６の抵抗値が想定値よりも大きくなっている異常、電流検出アンプ３８の増幅率が想定値よりも大きくなっている異常、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが想定値よりも大きくなっている異常、などである。

一方、上記の到達時間が想定範囲を上回る場合、すなわち、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉが想定以上に遅いタイミングで所定の基準電流値Ｉ０に達した或いは想定範囲内ではその所定の基準電流値Ｉ０に達しなかった場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に、図３において異常判定Ｙとして示す故障が発生したと判定することができる。この異常判定Ｙの故障箇所としては、例えば、昇圧回路２８の回路パターンがオープンになっている異常、スイッチング素子２２のオープン異常、上記のインダクタンス値Ｌが想定値よりも大きくなっている異常、上記のＩＣクロックの周波数が想定値よりも高周波数になっている異常、抵抗３６の抵抗値が想定値よりも小さくなっている異常、電流検出アンプ３８の増幅率が想定値よりも小さくなっている異常、ゲートドライバ３４の異常、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが想定値よりも小さくなっている異常、などである。

そこで、本実施例においては、上述の手法を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常を判定する。まず、制御部４０は、外部からＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定を行うべき検査指示が入力されない場合は、スイッチ４２により電流検出アンプ３８の出力端子を昇圧制御回路３２に接続させることとし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定を行わない。一方、外部から検査指示が入力されると（ステップ１００）、その検査指示に従って、電流検出アンプ３８の出力端子を検査用回路４４に接続させるようにスイッチ４２の切り替えを行う（ステップ１０２）。かかる処理が実行されると、電流検出アンプ３８の出力端子が検査用回路４４に接続される。

制御部４０は、また、検査指示が入力されると、検査用回路４４に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常判定を行うことを指令する実行指示を発する。検査用回路４４は、制御部４０から実行指示を受けると、まず、スイッチング素子２２を強制的にオンする指令をゲートドライバ３４に対して供給する（ステップ１０４）。この場合、ゲートドライバ３４は、検査用回路４４からの強制オン指令に従ってスイッチング素子２２をオン駆動する。また、検査用回路４４は、スイッチング素子２２の強制オン指令をゲートドライバ３４に対して供給すると、時間カウントを開始して（ステップ１０６）、以後、かかる強制オンの開始からの時間をカウントする。

電流検出アンプ３８の出力端子が検査用回路４４に接続されかつスイッチング素子２２がオンされると、電流検出アンプ３８の出力信号がスイッチ４２を介して検査用回路４４に供給される。検査用回路４４は、電流検出アンプ３８の出力信号に基づいてスイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かを判別する。尚、この所定の基準電流値Ｉ０は、昇圧回路２８に入力される基準となる入力電圧Ｖｉすなわちバッテリ１４の基準となる出力電圧と、インダクタ２０の基準となるインダクタンス値Ｌと、スイッチング素子２２の強制オンの開始からの基準となる時間と、から求まるスイッチング素子２２に流れると想定される規定の電流値であって、予め定められている。

そして、検査用回路４４は、上記したスイッチング素子２２の強制オンの開始からの経過時間と検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別結果とに基づいて、スイッチング素子２２の強制オンの開始から上記の検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔを測定し、その到達時間Ｔが想定範囲内にあるか否かを判別する（ステップ１０８）。尚、この想定範囲は、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉ及びインダクタ２０のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる時間範囲であって、予め下限値Ｔｄ及び上限値Ｔｕが定められた時間範囲である。

検査用回路４４は、スイッチング素子２２のオン中における上記の到達時間Ｔが想定範囲内にあると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流すなわちインダクタ２０に流れる電流が想定内の傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあると判定する（ステップ１１０）。この場合、検査用回路４４は、制御部４０に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあることを通知し、制御部４０は、かかる検査用回路４４からの正常通知に従って、電流検出アンプ３８の出力端子を昇圧制御回路３２に接続させるようにスイッチ４２の切り替えを行う（ステップ１１２）。かかる処理が実行されると、電流検出アンプ３８の出力端子が昇圧制御回路３２に接続される。

一方、検査用回路４４は、スイッチング素子２２のオン中における上記の到達時間Ｔが想定範囲の下限値Ｔｄを下回ると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流すなわちインダクタ２０に流れる電流が想定を超える傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定する（ステップ１１４）。尚、この際の異常判定は、図３に示す異常判定Ｘであって、例えば、インダクタンス値Ｌが小さい異常やインダクタ２０のショート，ダイオード２４のショートなどに基づくものである。

上記ステップ１１４の処理が実行されると、検査用回路４４は、制御部４０に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１０に異常判定Ｘによる異常が発生したことを通知し、制御部４０は、かかる検査用回路４４からの異常通知に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に異常が生じたことを車両運転者などに知らせる通知・表示などを行う（ステップ１１６）。

また、検査用回路４４は、スイッチング素子２２のオン中における上記の到達時間Ｔが想定範囲の上限値Ｔｕを上回ると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流すなわちインダクタ２０に流れる電流が想定を下回る傾きで増加している或いは増加していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定する（ステップ１１８）。尚、この際の異常判定は、図３に示す異常判定Ｙであって、例えば、回路パターンのオープン異常やスイッチング素子２２のオープン異常などに基づくものである。また、この異常判定Ｙは、スイッチング素子２２の強制オンの開始から到達時間Ｔの想定範囲の上限値Ｔｕが経過した時点で上記の検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達しない場合にも肯定されるものとするのがよい。

上記ステップ１１８の処理が実行されると、検査用回路４４は、制御部４０に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１０に異常判定Ｙによる異常が発生したことを通知し、制御部４０は、かかる検査用回路４４からの異常通知に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に異常が生じたことを車両運転者などに知らせる通知・表示などを行う（ステップ１２０）。

このように、本実施例の異常判定装置１２においては、スイッチング素子２２の強制オン中にその強制オンの開始からスイッチング素子２２すなわちインダクタ２０に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔを測定し、その到達時間Ｔが想定範囲内にあるか否かに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定することができる。上記の到達時間Ｔが想定範囲内にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間Ｔが想定範囲外にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定することができる。

また、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定するタイミングは、制御部４０が電流検出アンプ３８の出力端子を昇圧制御回路３２に接続させているときではなく、検査用回路４４に接続させているときに限られる。また、制御部４０が電流検出アンプ３８の出力端子を検査用回路４４に接続させるタイミングは、昇圧回路２８での昇圧動作中では無く、その非動作時である。

従って、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無の判定は、昇圧回路２８での昇圧動作が行われるエンジンの自動再始動時に限定されて行われるものではなく、昇圧回路２８での昇圧動作が行われないその自動再始動時以外のタイミングで行われ、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉが安定した状態で行われる。このため、本実施例の異常判定装置１２によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無の判定を、昇圧回路２８に昇圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

また、本実施例においては、昇圧回路２８での昇圧動作中における過電流を検出するために用いる抵抗３６及び電流検出アンプ３８を用いて、インダクタ２０に流れる電流を検出し、その検出電流に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定する。このため、本実施例によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定するための専用の素子を追加することは不要であり、簡素な構成でＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定することができる。

尚、上記の第１実施例においては、検査用回路４４が制御部４０からの検査の実行指示に従ってスイッチング素子２２を強制的にオンさせることにより特許請求の範囲に記載した「オン／オフ制御手段」及び「第１のステップ」が、検査用回路４４がスイッチング素子２２のオン中に電流検出アンプ３８の出力信号に基づいてスイッチング素子２２すなわちインダクタ２０に流れる電流Ｉを検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、検査用回路４４がスイッチング素子２２の強制オン中にその強制オンの開始からスイッチング素子２２すなわちインダクタ２０に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定することにより特許請求の範囲に記載した「異常判定手段」及び「第２のステップ」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第１実施例においては、スイッチング素子２２が強制オンされた以後、その強制オンの開始からスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無を判定するが、その異常有無の判定或いはスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別を、スイッチング素子２２の強制オンの開始から所定時間（図４に示す時間Ｔ´）が経過するまでの期間は行わないこと、すなわち、スイッチング素子２２の強制オンの開始から所定時間（図４に示す時間Ｔ´）内を除いて行うこととしてもよい。

一般に、スイッチング素子２２がオフからオンへ切り替わった際に発生するサージ電圧はスイッチング素子２２に流れる電流Ｉに影響を及ぼすが、これに対して、上記の変形例によれば、スイッチング素子２２の強制オン直後にＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無の判定或いはスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別を行わないので、スイッチング素子２２のオフからオンへの切り替えに伴うサージ電圧に起因してＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態であると誤判定されるのを防止することが可能である。

また、上記の第１実施例においては、図４に示す如く、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無の判定を、スイッチング素子２２の強制オンの開始からスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔに基づいて行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング素子２２の強制オン中にそのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉの時間変化（具体的には、増加率）に基づいて行うこととすればよく、例えば図６に示す如く、スイッチング素子２２の強制オンの開始から予め定められた所定時間Ｔ０が経過した時点でのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉの大きさに基づいて行うこととしてもよい。

かかる変形例において、検査用回路４４は、制御部４０から検査の実行指示を受けると、スイッチング素子２２を強制的にオンする指令をゲートドライバ３４に対して供給すると共に、かかる強制オンの開始からの時間ｔをカウントする。そして、スイッチング素子２２の強制オンの開始からの時間ｔが所定の基準時間Ｔ０に達するか否かを判別すると共に、その強制オンの開始からの時間ｔが所定の基準時間Ｔ０に達した場合には更に、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが想定範囲内にあるか否かを判別する。

尚、上記の所定の基準時間Ｔ０は、昇圧回路２８に入力される基準となる入力電圧Ｖｉすなわちバッテリ１４の基準となる出力電圧と、インダクタ２０の基準となるインダクタンス値Ｌと、に応じた傾きで増加する電流値Ｉが上記の所定の基準電流値Ｉ０に達するのに要する時間であって、予め定められている。また、上記の想定範囲は、昇圧回路２８の入力電圧Ｖｉ及びインダクタ２０のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる電流値範囲であって、予め下限値Ｉｄ及び上限値Ｉｕが定められた電流値範囲である。

検査用回路４４は、スイッチング素子２２の強制オンの開始から所定時間Ｔ０が経過した時点でのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが想定範囲内にあると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流が想定内の傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が正常状態にあると判定する。また、スイッチング素子２２の強制オンの開始から所定時間Ｔ０が経過した時点でのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが想定範囲の上限値Ｉｕを上回ると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流が想定を超える傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定する。この際の異常判定は、図３に示す異常判定Ｘである。更に、スイッチング素子２２の強制オンの開始から所定時間Ｔ０が経過した時点でのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉが想定範囲の下限値Ｉｄを下回ると判別した場合は、スイッチング素子２２に流れる電流が想定を下回る傾きで増加している或いは増加していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が異常状態にあると判定する。この際の異常判定は、図３に示す異常判定Ｙである。

かかる変形例においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の異常有無の判定を、昇圧回路２８での昇圧動作が行われないその自動再始動時以外のタイミングで行うので、昇圧回路２８に昇圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

また、上記の第１実施例においては、昇圧回路２８がダイオード２４を用いて構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如く、ダイオード２４に代えて同期整流用の素子５０を使用するものであってもよい。

また、上記の第１実施例においては、スイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出するのに抵抗３６を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如く、抵抗３６に代えて、スイッチング素子２２のオン抵抗を利用してその両端電位からそのスイッチング素子２２に流れる電流Ｉを検出することとしてもよい。

また、上記の第１実施例は、アイドリングストップシステム搭載車両におけるエンジンの自動再始動時にバックアップ電源確保等のために昇圧動作を行うＤＣ−ＤＣコンバータ１０の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、かかるエンジンの自動再始動時以外のタイミングに昇圧動作を行うＤＣ−ＤＣコンバータに適用することとしてもよく、また、車両以外の装置に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータに適用することとしてもよい。

図８は、本発明の第２実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常判定装置１０２の要部構成図を示す。

本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、例えば、車両に搭載されており、高圧バッテリの出力電圧を降圧して車載電気負荷に電力供給を行う降圧装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、高圧バッテリ１０４と電気負荷１０６との間に介在されている。高圧バッテリ１０４は、蓄えている電力を所定電圧（通常は、例えば２４０ボルト）で外部出力することが可能な車載バッテリである。また、電気負荷１０６は、上記の電気負荷１６と同様であってもよく、また、高圧バッテリ１０４の出力電圧よりも低い電圧を出力する低圧バッテリであってもよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、スイッチング素子１１０と、ダイオード１１２と、インダクタ１１４と、コンデンサ１１６と、からなる降圧回路１１８を備えている。スイッチング素子１１０の一端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００すなわち降圧回路１１８の入力端子として、高圧バッテリ１０４に接続されている。スイッチング素子１１０の一端には、高圧バッテリ１０４の電圧が入力電圧Ｖｉとして入力される。

スイッチング素子１１０の他端には、ダイオード１１２のカソード端子が接続されている。ダイオード１１２のアノード端子は接地されている。スイッチング素子１１０は、高圧バッテリ１０４とダイオード１１２との間に介在されている。スイッチング素子１１０は、後述の降圧制御ＩＣからの指令に従ってオン／オフされる例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどである。

スイッチング素子１１０の他端及びダイオード１１２のカソード端子には、インダクタ１１４の一端側が接続されている。インダクタ１１４は、所定のインダクタンス値Ｌを有するチョークコイルである。インダクタ１１４の他端は、コンデンサ１１６を介して接地されていると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子すなわち降圧回路１１８として、電気負荷１０６に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００すなわち降圧回路１１８は、スイッチング素子１１０のオン／オフにより高圧バッテリ１０４の出力電圧を降圧して電気負荷１０６へ電力供給を行う。

かかる降圧回路１１８においては、まず、スイッチング素子１１０がオフからオンへ切り替わると、インダクタ１１４、電気負荷１０６、及びコンデンサ１１６に高圧バッテリ１０４の電圧に基づく電圧が印加される。インダクタ１１４に電圧が印加されると、インダクタ１１４に電流が流れてそのインダクタ１１４が充電される。この際、インダクタ１１４に流れる電流は、時間の経過に伴って比例的に増加する。また、インダクタ１１４に電圧が印加されているので、降圧回路１１８の出力電圧Ｖｏすなわち電気負荷１０６に印加される電圧は、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉよりも低くなる。更に、コンデンサ１１６は、降圧回路１１８の出力電圧Ｖｏで充電される。

次に、スイッチング素子１１０がオンからオフへ切り替わると、以後、インダクタ１１４に蓄えられていた電力が電気負荷１０６へ向けて放出されて、インダクタ１１４に流れる電流が時間の経過に伴って比例的に減少する。この際、降圧回路１１８の出力電圧Ｖｏは、コンデンサ１１６の両端電圧となり、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉよりも低くなる。そして、その後は、スイッチング素子１１０のオン／オフが所定周期で繰り返し行われる。かかる動作によれば、降圧回路１１８が常に入力電圧Ｖｉよりも低い電圧Ｖｏを出力するＤＣ−ＤＣコンバータ１００による降圧が実現される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、また、上記の如く降圧回路１１８での降圧動作を制御する降圧制御ＩＣ１２０を備えている。降圧制御ＩＣ１２０は、スイッチング素子１１０のオン／オフを制御する回路である。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００において、スイッチング素子１１０の他端及びダイオード１１２のカソード端子とインダクタ１１４の一端との間には、抵抗１２２が介在されている。抵抗１２２は、スイッチング素子１１０側からインダクタ１１４に向けて流れる電流の大きさを検出するための電流検出抵抗である。抵抗１２２の両端は、降圧制御ＩＣ１２０に内蔵された電流検出アンプ１２４の入力端子に接続されている。電流検出アンプ１２４は、スイッチング素子１１０側からインダクタ１１４へ向けて流れる電流の大きさに応じた信号を出力するアンプである。

降圧制御ＩＣ１２０は、スイッチング素子１１０のオン／オフを制御するスイッチ制御回路１２８と、インダクタ１１４のショートやスイッチング素子１１０の異常などのＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常を判定する検査用回路１２６と、を有している。スイッチ制御回路１２８は、スイッチング素子１１０のオン／オフにより降圧回路１１８での降圧動作を制御すると共に、また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定時にスイッチング素子１１０を強制的にオンさせることが可能である。

検査用回路１２６には、電流検出アンプ１２４の出力端子が接続されている。検査用回路１２６は、スイッチ制御回路１２８によりスイッチング素子１１０がオンされているタイミングで、電流検出アンプ１２４の出力信号に基づくスイッチング素子１１０からインダクタ１１４へ向けて流れる電流に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常を判定する。

スイッチング素子１１０がオフからオンに切り替わると、以後、インダクタ１１４に流れる電流Ｉは、上記（１）式と同様に、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの差圧とインダクタンス値Ｌとスイッチング素子１１０のオン継続時間ｔとに応じた値となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常状態にあれば、スイッチング素子１１０のオン継続時間ｔに時間比例して一定割合で増加する。また逆に、スイッチング素子１１０がオンからオフに切り替わると、以後、インダクタ１１４に流れる電流Ｉは、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの差圧とインダクタンス値Ｌとスイッチング素子１１０のオフ継続時間ｔとに応じた値となり、スイッチング素子１１０のオフ継続時間ｔに時間比例して一定割合で減少する。

この点、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏが安定した状態にあれば、スイッチング素子１１０がオン又はオフに切り替わってから、インダクタ１１４に流れる電流Ｉが予め定められた所定の基準電流値に達するまでの到達時間を測定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常を判定することが可能である。上記の到達時間が想定範囲内にあれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間が想定範囲内になければ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が異常状態にあると判定することができる。

そこで、本実施例においては、上述の手法を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常を判定する。降圧制御ＩＣ１２０の検査用回路１２６は、スイッチング素子１１０がオンされると、時間カウントを開始して、以後、かかるオンの開始からの時間をカウントする。また、検査用回路１２６は、電流検出アンプ１２４の出力信号に基づいてインダクタ１１４に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが所定の基準電流値に達するか否かを判別する。尚、この所定の基準電流値は、降圧回路１１８に入力される基準となる入力電圧Ｖｉ及び降圧回路１１８から出力される基準となる出力電圧Ｖｏと、インダクタ１１４の基準となるインダクタンス値Ｌと、スイッチング素子１１０のオンの開始からの基準となる時間と、から求まるインダクタ１１４に流れると想定される規定の電流値であって、予め定められている。

検査用回路１２６は、スイッチング素子１１０のオン開始からの経過時間と検出電流Ｉが所定の基準電流値に達するか否かの判別結果とに基づいて、スイッチング素子１１０のオン開始から上記の検出電流Ｉが所定の基準電流値に達するまでの到達時間を測定し、その到達時間が想定範囲内にあるか否かを判別する。尚、この想定範囲は、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏ並びにインダクタ１１４のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる時間範囲であって、予め下限値及び上限値が定められた時間範囲である。

検査用回路１２６は、上記の到達時間が想定範囲内にあると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定内の傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常状態にあると判定する。一方、上記の到達時間が想定範囲の下限値を下回ると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定を超える傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に図３において異常判定Ｘで示す異常が生じていると判定する。また、上記の到達時間が想定範囲の上限値を上回ると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定を下回る傾きで増加している又はほとんど或いは全く増加していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に図３において異常判定Ｙで示す異常が生じていると判定する。

このように、本実施例の異常判定装置１０２においては、スイッチング素子１１０のオン中にそのオン開始からインダクタ１１４に流れる電流Ｉが所定の基準電流値に達するまでの到達時間を測定し、その到達時間が想定範囲内にあるか否かに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無を判定することができる。上記の到達時間が想定範囲内にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間が想定範囲外にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が異常状態にあると判定することができる。

従って、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定は、降圧回路１１８での降圧動作が行われるタイミングに限定されて行われるものではなく、降圧回路１１８内のスイッチング素子１１０を強制的にオンすることでも行われる。このため、本実施例の異常判定装置１０２によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定を、降圧回路１１８に降圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

尚、上記の第２実施例においては、スイッチ制御回路１２８がスイッチング素子１１０をオンさせることにより特許請求の範囲に記載した「オン／オフ制御手段」及び「第１のステップ」が、検査用回路１２６がスイッチング素子１１０のオン中に電流検出アンプ１２４の出力信号に基づいてインダクタ１１４に流れる電流Ｉを検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、検査用回路１２６がスイッチング素子１１０のオン中にそのオン開始からインダクタ１１４に流れる電流Ｉが所定の基準電流値に達するまでの到達時間に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無を判定することにより特許請求の範囲に記載した「異常判定手段」及び「第２のステップ」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第２実施例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定を、スイッチング素子１１０のオン開始からインダクタ１１４に流れる電流Ｉが所定の基準電流値に達するまでの到達時間に基づいて行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング素子１１０のオン中にインダクタ１１４に流れる電流Ｉの時間変化（具体的には、増加率）に基づいて行うこととすればよく、スイッチング素子１１０のオン開始から予め定められた所定時間が経過した時点でのインダクタ１１４に流れる電流Ｉの大きさに基づいて行うこととしてもよい。

かかる変形例において、検査用回路１２６は、スイッチング素子１１０がオンされると、時間カウントを開始して、以後、かかるオンの開始からの時間をカウントする。そして、スイッチング素子１１０のオン開始からの時間が所定の基準時間に達するか否かを判別すると共に、そのオン開始からの時間が所定の基準時間に達した場合には更に、インダクタ１１４に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが想定範囲内にあるか否かを判別する。尚、上記の所定の基準時間は、降圧回路１１８に入力される基準となる入力電圧Ｖｉ及び降圧回路１１８から出力される基準となる出力電圧Ｖｏと、インダクタ１１４の基準となるインダクタンス値Ｌと、に応じた傾きで増加する電流値Ｉが上記の所定の基準電流値に達するのに要する時間であって、予め定められている。また、上記の想定範囲は、降圧回路１１８の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏ並びにインダクタ１１４のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる電流値範囲であって、予め下限値及び上限値が定められた電流値範囲である。

検査用回路１２６は、スイッチング素子１１０のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ１１４に流れる電流Ｉが想定範囲内にあると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定内の傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が正常状態にあると判定する。また、スイッチング素子１１０のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ１１４に流れる電流Ｉが想定範囲の上限値を上回ると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定を超える傾きで増加していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に図３において異常判定Ｘで示す異常が生じていると判定する。更に、スイッチング素子１１０のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ１１４に流れる電流Ｉが想定範囲の下限値を下回ると判別した場合は、インダクタ１１４に流れる電流が想定を下回る傾きで増加している又はほとんど或いは全く増加していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に図３において異常判定Ｙで示す異常が生じていると判定する。かかる変形例においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定を、降圧回路１１８での降圧動作が行われないタイミングでも行うことが可能であるので、降圧回路１１８に降圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

また、上記の第２実施例においては、検査用回路１２６がスイッチング素子１１０からインダクタ１１４へ向けて流れる電流に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常を判定するタイミングを、スイッチング素子１１０がオンされている期間中としているが、そのスイッチング素子１１０がオフされている期間中としてもよい。かかる変形例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無の判定を、スイッチング素子１１０のオフ中にインダクタ１１４に流れる電流Ｉの時間変化（具体的には、減少率）に基づいて行うこととすればよい。すなわち、スイッチング素子１１０のオフ中にそのオフ開始からインダクタ１１４に流れる電流Ｉが所定の基準電流値に低下するまでの到達時間を測定し、その到達時間が想定範囲内にあるか否かに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無を判定すること、或いは、スイッチング素子１１０のオフ開始から予め定められた所定時間が経過した時点でのインダクタ１１４に流れる電流Ｉの大きさに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１００の異常有無を判定することとすればよい。

また、上記の第２実施例においては、降圧回路１１８がダイオード１１２を用いて構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイオード１１２に代えて同期整流用の素子を使用するものであってもよい。

図９は、本発明の第３実施例であるＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常判定装置２０２の要部構成図を示す。尚、図９において、上記図８と同様の構成を示す部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。

本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、例えば、車両に搭載されており、高圧バッテリの出力電圧を降圧して車載電気負荷に電力供給を行う降圧装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、高圧バッテリ１０４と電気負荷１０６との間に介在されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、２つのスイッチング素子２０２，２０４と、インダクタ２０６と、コンデンサ２０８と、からなる降圧回路２１０を備えている。

高圧バッテリ１０４と接地端との間には、両スイッチング素子２０２，２０４が直列接続されている。すなわち、スイッチング素子２０２の一端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００すなわち降圧回路２１０の入力端子として、高圧バッテリ１０４に接続されている。スイッチング素子２０２の一端には、高圧バッテリ１０４の電圧が入力電圧Ｖｉとして入力される。スイッチング素子２０２の他端には、スイッチング素子２０４の一端が接続されている。スイッチング素子２０４の他端は、接地端側に接続されている。両スイッチング素子２０２，２０４は、後述の降圧制御ＩＣからの指令に従ってオン／オフされる例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどである。

スイッチング素子２０２の他端及びスイッチング素子２０４の一端には、インダクタ２０６の一端側が接続されている。インダクタ２０６は、所定のインダクタンス値Ｌを有するチョークコイルである。インダクタ２０６の他端は、コンデンサ２０８を介して接地されていると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の出力端子すなわち降圧回路２１０として、電気負荷１０６に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２００すなわち降圧回路２１０は、スイッチング素子２０２，２０４のオン／オフにより高圧バッテリ１０４の出力電圧を降圧して電気負荷１０６へ電力供給を行う。

かかる降圧回路２１０においては、まず、スイッチング素子２０２がオフからオンへ切り替わりかつスイッチング素子２０４がオフされると、インダクタ２０６、電気負荷１０６、及びコンデンサ２０８に高圧バッテリ１０４の電圧に基づく電圧が印加される。インダクタ２０６に電圧が印加されると、インダクタ２０６に電流が流れてそのインダクタ２０６が充電される。この際、インダクタ２０６に流れる電流は、時間の経過に伴って比例的に増加する。また、インダクタ２０６に電圧が印加されているので、降圧回路２１０の出力電圧Ｖｏすなわち電気負荷１０６に印加される電圧は、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉよりも低くなる。更に、コンデンサ２０８は、降圧回路２１０の出力電圧Ｖｏで充電される。

次に、スイッチング素子２０２がオンからオフへ切り替わりかつスイッチング素子２０４がオフからオンへ切り替わると、以後、インダクタ２０６に蓄えられていた電力が電気負荷１０６へ向けて放出されて、インダクタ２０６に流れる電流が時間の経過に伴って比例的に減少する。この際、降圧回路２１０の出力電圧Ｖｏは、コンデンサ２０８の両端電圧となり、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉよりも低くなる。そして、その後は、スイッチング素子２０２，２０４のオン／オフが所定周期で繰り返し行われる。かかる動作によれば、降圧回路２１０が常に入力電圧Ｖｉよりも低い電圧Ｖｏを出力するＤＣ−ＤＣコンバータ２００による降圧が実現される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、また、上記の如く降圧回路２１０での降圧動作を制御する降圧制御ＩＣ２１２を備えている。降圧制御ＩＣ２１２は、スイッチング素子２０２，２０４のオン／オフを制御する回路である。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２００において、スイッチング素子２０４の他端及びインダクタ２０６の一端と接地端との間には、抵抗２１４が介在されている。抵抗２１４は、接地端側からスイッチング素子２０４に向けて流れる電流の大きさを検出するための電流検出抵抗である。抵抗２１４の両端は、降圧制御ＩＣ２１２に内蔵された電流検出アンプ２１６の入力端子に接続されている。電流検出アンプ２１６は、接地端側からスイッチング素子２０４へ向けて流れる電流の大きさに応じた信号を出力するアンプである。降圧制御ＩＣ２１２は、電流検出アンプ２１６の出力信号に基づいて接地端側からスイッチング素子２０４へ向けて流れる電流Ｉを検出する。

降圧制御ＩＣ２１２は、スイッチング素子２０２，２０４それぞれのオン／オフを制御するスイッチ制御回路２１８と、インダクタ２０６のショートやスイッチング素子２０２，２０４の異常などのＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無を判定する検査用回路２２０と、を有している。スイッチ制御回路２１８は、スイッチング素子２０２，２０４のオン／オフにより降圧回路２１０での降圧動作を制御する。スイッチ制御回路２１８は、降圧回路２１０での降圧動作中、スイッチング素子２０２，２０４のオン／オフを、電流検出アンプ２１６の出力信号に基づいて検出される接地端側からスイッチング素子２０４へ向けて流れる電流Ｉに基づいてフィードバック制御する。

また、検査用回路２２０は、スイッチ制御回路２１８によりスイッチング素子２０２がオフされかつスイッチング素子２０４がオンされているタイミングで、電流検出アンプ２１６の出力信号に基づく接地端側からスイッチング素子２０４へ向けて流れる電流に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常を判定する。

スイッチング素子２０２がオフされかつスイッチング素子２０４がオンされると、インダクタ２０６に流れる電流は、略ゼロである状態からサージ電圧に起因して大電流となり、その後は、時間の経過に伴って比例的に減少する。このインダクタ２０６に流れる電流Ｉは、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの差圧とインダクタンス値Ｌとスイッチング素子２０４のオン継続時間ｔとに応じた値となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が正常状態にあれば、スイッチング素子２０４のオン継続時間ｔに時間比例して一定割合で減少する。

この点、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏが安定した状態にあれば、スイッチング素子２０２がオフされかつスイッチング素子２０４がオンされてから、インダクタ２０６に流れる電流Ｉが予め定められた所定の基準電流値に達する（低下する）までの到達時間を測定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常を判定することが可能である。上記の到達時間が想定範囲内にあれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間が想定範囲内になければ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が異常状態にあると判定することができる。

そこで、本実施例においては、上述の手法を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常を判定する。降圧制御ＩＣ２１２の検査用回路２２０は、スイッチング素子２０２がオフされかつスイッチング素子２０４がオンされると、時間カウントを開始して、以後、かかるオンの開始からの時間をカウントすると共に、電流検出アンプ２１６の出力信号に基づいて接地側からスイッチング素子２０４に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達する（低下する）か否かを判別する。尚、この所定の基準電流値Ｉ０は、降圧回路２１０に入力される基準となる入力電圧Ｖｉ及び降圧回路２１０から出力される基準となる出力電圧Ｖｏと、インダクタ２０６の基準となるインダクタンス値Ｌと、スイッチング素子２０４のオン開始からの基準となる時間と、から求まるインダクタ２０６に流れると想定される規定の電流値であって、予め定められている。

検査用回路２２０は、スイッチング素子２０４のオン開始からの経過時間と検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別結果とに基づいて、スイッチング素子２０４のオン開始から上記の検出電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔを測定し、その到達時間Ｔが想定範囲内にあるか否かを判別する。尚、この想定範囲は、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏ並びにインダクタ２０６のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる時間範囲であって、予め下限値Ｔｄ及び上限値Ｔｕが定められた時間範囲である。

検査用回路２２０は、上記の到達時間Ｔが想定範囲内にあると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定内の傾きで減少していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が正常状態にあると判定する。一方、上記の到達時間Ｔが想定範囲の下限値を下回ると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定を超える傾きで減少していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００に図３において異常判定Ｘで示す異常が生じていると判定する。また、上記の到達時間Ｔが想定範囲の上限値を上回ると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定を下回る傾きで減少している又はほとんど或いは全く減少していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００に図３において異常判定Ｙで示す異常が生じていると判定する。

このように、本実施例の異常判定装置２０２においては、スイッチング素子２０４のオン中にそのオン開始からインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔを測定し、その到達時間Ｔが想定範囲内にあるか否かに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無を判定することができる。上記の到達時間Ｔが想定範囲内にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が正常状態にあると判定し、一方、上記の到達時間Ｔが想定範囲外にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が異常状態にあると判定することができる。

従って、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無の判定は、降圧回路２１０での降圧動作が行われるタイミングに限定されて行われるものではなく、降圧回路２１０内のスイッチング素子２０２のオフ及びスイッチング素子２０４のオンを強制的に行うことでも行われる。このため、本実施例の異常判定装置２０２によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無の判定を、降圧回路２１０に降圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

尚、上記の第３実施例においては、スイッチ制御回路２１８がスイッチング素子２０２をオンさせかつスイッチング素子２０４をオンさせることにより特許請求の範囲に記載した「オン／オフ制御手段」及び「第１のステップ」が、検査用回路２２０がスイッチング素子２０４のオン中に電流検出アンプ２１６の出力信号に基づいてインダクタ２０６に流れる電流Ｉを検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、検査用回路２２０がスイッチング素子２０４のオン中にそのオン開始からインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無を判定することにより特許請求の範囲に記載した「異常判定手段」及び「第２のステップ」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第３実施例においては、スイッチング素子２０４のオン開始からインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するまでの到達時間Ｔに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無を判定するが、その異常有無の判定或いはインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別を、スイッチング素子２０４のオン開始から所定時間（図１０に示す時間Ｔ´）が経過するまでの期間は行わないこと、すなわち、スイッチング素子２０４のオン開始から所定時間（図４に示す時間Ｔ´）内を除いて行うこととしてもよい。

一般に、スイッチング素子２０４がオフからオンへ切り替わった際に発生するサージ電圧はインダクタ２０６に流れる電流Ｉに影響を及ぼすが、これに対して、上記の変形例によれば、スイッチング素子２０４のオン直後にＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無の判定或いはインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達するか否かの判別を行わないので、スイッチング素子２０４のオフからオンへの切り替えに伴うサージ電圧に起因してＤＣ−ＤＣコンバータ２００が異常状態であると誤判定されるのを防止することが可能である。

また、上記の第３実施例においては、図１０に示す如く、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無の判定を、スイッチング素子２０４のオン開始からインダクタ２０６に流れる電流Ｉが所定の基準電流値Ｉ０に達する（低下する）までの到達時間Ｔに基づいて行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング素子２０４のオン中にインダクタ２０６に流れる電流Ｉの時間変化（具体的には、減少率）に基づいて行うこととすればよく、図１１に示す如く、スイッチング素子２０４のオン開始から予め定められた所定時間Ｔ０が経過した時点でのインダクタ２０６に流れる電流Ｉの大きさに基づいて行うこととしてもよい。

かかる変形例において、検査用回路２２０は、スイッチング素子２０２がオフされかつスイッチング素子２０４がオンされると、時間カウントを開始して、以後、かかるスイッチング素子２０４のオン開始からの時間をカウントする。そして、スイッチング素子２０４のオン開始からの時間が所定の基準時間に達するか否かを判別すると共に、そのオン開始からの時間が所定の基準時間に達した場合には更に、インダクタ２０６に流れる電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉが想定範囲内にあるか否かを判別する。尚、上記の所定の基準時間は、降圧回路２１０に入力される基準となる入力電圧Ｖｉ及び降圧回路２１０から出力される基準となる出力電圧Ｖｏと、インダクタ２０６の基準となるインダクタンス値Ｌと、に応じた傾きで減少する電流値Ｉが上記の所定の基準電流値に達する（低下する）のに要する時間であって、予め定められている。また、上記の想定範囲は、降圧回路２１０の入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏ並びにインダクタ２０６のインダクタンス値Ｌそれぞれの正常値であるバラツキの下限値及び上限値から求まる電流値範囲であって、予め下限値及び上限値が定められた電流値範囲である。

検査用回路２２０は、スイッチング素子２０４のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ２０６に流れる電流Ｉが想定範囲内にあると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定内の傾きで減少していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００が正常状態にあると判定する。また、スイッチング素子２０４のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ２０６に流れる電流Ｉが想定範囲の上限値を上回ると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定を超える傾きで減少していると判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００に図３において異常判定Ｘで示す異常が生じていると判定する。更に、スイッチング素子２０４のオン開始から所定時間が経過した時点でのインダクタ２０６に流れる電流Ｉが想定範囲の下限値を下回ると判別した場合は、インダクタ２０６に流れる電流が想定を下回る傾きで減少している又はほとんど或いは全く減少していないと判断して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００に図３において異常判定Ｙで示す異常が生じていると判定する。かかる変形例においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００の異常有無の判定を、降圧回路２１０での降圧動作が行われないタイミングでも行うことが可能であるので、降圧回路２１０に降圧動作を行わせることなく正確に行うことが可能である。

１０，１００，２００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２，１０２，２０２ 異常判定装置
１４，１０４ バッテリ
１６，１０６ 電気負荷
２０，１１４，２０６ インダクタ
２２，１１０，２０４ スイッチング素子
２４，１１２ ダイオード
２６，１１６，２０８ コンデンサ
２８ 昇圧回路
３０ 昇圧制御ＩＣ
３２ 昇圧制御回路
３４ ゲートドライバ
３６，１２２，２１４ 抵抗
４４，１２６，２２０ 検査用回路
１１８，２１０ 降圧回路
１２０，２１２ 降圧制御ＩＣ
１２８，２１８ スイッチ制御回路

Claims (10)

1. インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する装置であって、
   前記スイッチング素子をオン／オフさせるオン／オフ制御手段と、
   前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記オン／オフ制御手段による前記スイッチング素子のオン中又はオフ中に前記電流検出手段により検出される前記電流の時間変化に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
2. 前記異常判定手段は、前記オン／オフ制御手段により前記スイッチング素子がオン／オフされた以後、該オン／オフの開始から前記電流検出手段により検出される前記電流が所定の基準電流値に達するまでの到達時間が所定の時間範囲内にあるか否かに基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
3. 前記異常判定手段は、前記オン／オフ制御手段により前記スイッチング素子がオン／オフされた以後、該オン／オフの開始から所定時間内を除いて、前記電流検出手段により検出される前記電流が所定の基準電流値に達するまでの到達時間が所定の時間範囲内にあるか否かに基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
4. 前記異常判定手段は、前記到達時間が前記所定の時間範囲内にない場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項２又は３記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
5. 前記異常判定手段は、前記オン／オフ制御手段により前記スイッチング素子がオン／オフされた以後、該オン／オフの開始から所定時間が経過した時点での前記電流検出手段により検出される前記電流が所定の電流値範囲内にあるか否かに基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
6. 前記異常判定手段は、前記所定時間が経過した時点での前記電流検出手段により検出される前記電流が前記所定の電流値範囲内にない場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項５記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
7. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧の昇圧変換を行う昇圧回路を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
8. 前記昇圧回路は、アイドリングストップシステム搭載車両におけるエンジンの自動再始動時にバッテリ電圧を昇圧する電圧変換器であることを特徴とする請求項７記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
9. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧の降圧変換を行う降圧回路を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載のＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定装置。
10. インダクタとスイッチング素子とを少なくとも有する直流電圧の変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する方法であって、
    前記スイッチング素子をオン／オフさせる第１のステップと、
    前記第１のステップにおける前記スイッチング素子のオン中又はオフ中に前記インダクタに流れる電流の時間変化に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの異常を判定する第２のステップと、
    を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの異常判定方法。

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