CN100448146C - 电压变换设备和电压变换方法 - Google Patents

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Abstract

在目标电压(Vdc_com1)和输出电压(Vm)之间的偏差大于给定值(A)的情况下，通过将所述给定值A加到所述输出电压(Vm)来计算升压变换器(12)的电压指令(Vdc_com2)。当已经在下降的输出电压(Vm)开始上升时，以所述电压指令(Vdc_com2)的变化率等于或小于标准值的方式计算所述电压指令(Vdc_com2)。利用计算的电压指令(Vdc_com2)，以所述输出电压(Vm)等于目标电压(Vdc_com1)的方式进行升压变换器的反馈控制。

Description

电压变换设备和电压变换方法
技术领域
本发明涉及一种将来自DC(直流)电源的DC电压变换到目标电压的电压变换设备，还涉及一种控制从DC电压到目标电压的电压变换的方法。
背景技术
混合动力车和电动车作为环保型车最近已经引起了极大的兴趣。如今混合动力车已被部分地商业化。
除了常规的发动机之外，混合动力车还具有DC电源、逆变器和由逆变器驱动的电机作为它的动力源。更具体地，发动机被驱动以确保动力源，并且逆变器将来自DC电源的DC电压变换到用于转动电机的AC(交流)电压，并因此同样地确保动力源。电动车是指这样的车辆，其具有DC电源、逆变器和由逆变器驱动的电机作为它的动力源。
关于所述混合动力或电动车，已经提出了利用升压变换器升高来自DC电源的DC电压并且将升高的DC电压提供给驱动电机的逆变器(日本专利公开2001-275367)。
具体地，所述混合动力或电动车具有安装在其上的包括有双向变换器和逆变器的电机驱动设备。所述双向变换器包括串联在所述逆变器的电源线和地线之间的两个IGBT(绝缘栅双极晶体管)，以及一端连接到两个IGBT之间的中间点，而另一端连接到电池正极的电感器L1。
所述双向变换器以其输出电压等于电压指令的方式来升高由电池提供的DC电压，并且向逆变器提供所述输出电压。在通过双向变换器将DC电压升高到所述输出电压从而使得所述输出电压等于所述电压指令的情况下，控制单元利用PI控制增益进行反馈控制。然后逆变器利用从所述双向变换器提供的DC电压来驱动电机。
从以上可以看出，常规的电机驱动设备升高来自电池的DC电压以利用升高的DC电压驱动电机。
然而，常规的电机驱动设备可能会遇到过电压和过电流的问题，其中，当在双向变换器的输出电压由于施加于电机的负载的变化而变化的情况下，为了使得所述输出电压等于电压指令而进行反馈控制时，可能会产生所述的过电压和过电流问题。
图10是电压时间图。参照图10，由于施加于电机的负载增加，双向变换器的输出电压下降到低于电压指令，导致在所述电压指令和所述输出电压之间的偏差增大。
在这种情况下，如果根据所述偏差确定的比例增益和积分增益被用于进行反馈控制，双向变换器的输出电压超出过电压的电平以致引起产生过电压和过电流的问题。更具体地，由于比例增益根据所述偏差增加并且积分增益由于所述偏差的积分而增加，双向变换器的输出电压急剧地增加到超出所述过电压电平，导致过电压和过电流的产生。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种电压变换设备，其以所述输出电压等于电压指令的方式将DC电压变换到输出电压，而抑制过电压和过电流的产生。
本发明的另一个目的是提供一种控制从DC电压到输出电压的电压变换而抑制过电压和过电流的产生的方法。
根据本发明，一种电压变换设备，用于以输出电压等于目标电压的方式将来自DC电源的DC电压变换到所述输出电压，该设备包括电压变换器、检测单元和控制单元。所述电压变换器改变所述DC电压的电平以输出所述输出电压。所述检测单元检测从所述电压变换器输出的所述输出电压。所述控制单元以所述输出电压等于所述目标电压的方式进行所述电压变换器的反馈控制，在所述目标电压和所述检测的输出电压之间的第一偏差大于预定值的情况下，通过以在所述电压指令和所述输出电压之间的第二偏差减小的方式改变所述电压变换器的电压指令来进行所述反馈控制。
优选地，所述控制单元控制所述电压变换器，在所述检测的输出电压下降到低于所述目标电压的情况下，通过进行第一反馈控制和第二反馈控制使得所述输出电压等于所述目标电压。所述第一反馈控制是指通过以所述第二偏差至多为所述预定值的方式改变所述电压指令来执行的所述电压变换器的反馈控制。所述第二反馈控制是指，在所述已经在下降的检测的输出电压开始上升的情况下，通过以所述电压指令的变化率至多为标准值的方式改变所述电压指令来执行的所述电压变换器的反馈控制。
优选地，在所述第一偏差大于所述预定值的情况下，所述控制单元利用通过将所述预定值加到所述检测的输出电压而确定的所述电压指令来进行所述第一反馈控制。
优选地，将所述输出电压输入到驱动AC电机的逆变器。
优选地，所述AC电机是用于车辆的电机。
进一步，根据本发明的方法以输出电压等于目标电压的方式控制从来自DC电源的DC电压到所述输出电压的电压变换，该方法包含：第一步骤，检测所述输出电压；以及第二步骤，进行将所述DC电压变换到所述输出电压的电压变换器的反馈控制，在所述目标电压和所述检测的输出电压之间的第一偏差大于预定值的情况下，通过以在电压指令和所述输出电压之间的第二偏差减小的方式改变所述电压变换器的所述电压指令来进行所述反馈控制。
优选地，所述第二步骤包括：第一子步骤，计算所述第一偏差；第二子步骤，检测所述第一偏差大于所述预定值；第三子步骤，通过以所述第二偏差至多为所述预定值的方式改变所述电压指令来进行所述电压变换器的反馈控制；以及第四子步骤，在所述已经在下降的检测的电压开始上升的情况下，通过以所述电压指令的变化率至多为标准值的方式改变所述电压指令来进行所述电压变换器的反馈控制。
优选地，所述第三子步骤包括以下步骤：通过将所述预定值加到所述检测的输出电压来计算所述电压指令；以及利用所述计算的电压指令进行所述电压变换器的反馈控制。
优选地，所述第四子步骤包括以下步骤：检测所述已经在下降的输出电压开始上升；计算在第一控制时刻的第一电压指令与在先于所述第一控制时刻的第二控制时刻的第二电压指令之间的差；将所述差与所述标准值进行比较；在所述差大于所述标准值的情况下，通过将所述标准值加到所述第二电压指令来计算所述第一电压指令；在所述差至多为所述标准值的情况下，通过将所述预定值加到所述检测的输出电压来计算所述第一电压指令；以及利用所述计算的第一电压指令进行所述电压变换器的反馈控制。
利用本发明的所述电压变换设备，当在所述电压变换器的所述目标电压和所述输出电压之间的第一偏差大于所述预定值时，通过改变所述电压变换器的电压指令来执行所述电压变换器的反馈控制。换句话说，与所述电压变换器的电压指令被固定在所述目标电压上的情况相比较，通过减小在所述输出电压和所述电压指令之间的偏差以及在其间的累积偏差来进行所述反馈控制。
根据本发明，在执行所述反馈控制以使得所述输出电压等于所述目标电压的情况下，能够抑制过电压和过电流的产生。
进一步，利用本发明的所述电压变换设备，当所述输出电压下降到低于所述目标电压并且然后开始上升时，通过改变所述电压指令以使得所述电压指令的变化率等于或小于所述标准值来进行所述反馈控制。
根据本发明，在以所述输出电压等于所述目标电压的方式进行反馈控制的情况下，能够更可靠地抑制过电压和过电流的产生。
附图说明
图1是根据本发明实施例的具有电压变换设备的电机驱动设备的原理框图；
图2是图1所示的控制装置的功能框图；
图3是图2所示的电机扭矩控制装置的功能框图；
图4是图3所示的反馈电压指令计算单元和占空比变换单元的功能框图；
图5是电压时间图；
图6是另一个电压时间图；
图7是流程图，其示出了当升压变换器以输出电压等于电压指令的方式将DC电压变换到所述输出电压时，所使用的反馈控制的操作；
图8是流程图，其详细地示出了在图7所示的步骤S6中的操作；
图9是两个电动发电机和两个逆变器的框图；
图10是电压时间图。
具体实施方式
下面参照附图详细地描述本发明的实施例。用类似的符号表示图中类似的组件并且在这里不再重复其中的描述。
参照图1，根据本发明此实施例的具有电压变换设备的电机驱动设备100包括DC电源B，电压传感器10和13，系统继电器SR1和SR2，电容器C1和C2，升压变换器12，逆变器14，电流传感器24以及控制装置30。AC电机M1是驱动电机，其产生用于驱动混合动力车或电动车的驱动轮的扭矩。可选地，例如可以将所述电机作为由发动机驱动的电动发电机安装在混合动力车上，也可以将其作为用于发动机的电动机并因此具有起动发动机的能力。
升压变换器12包括电感器L1，NPN晶体管Q1和Q2以及二极管D1和D2。电感器L1的一端连接到DC电源B的电源线，另一端连接到在NPN晶体管Q1和Q2之间的中间点，也就是NPN晶体管Q1的发射极和NPN晶体管Q2的集电极之间的中间点。NPN晶体管Q1和Q2串联连接在电源线和地线之间。NPN晶体管Q1的集电极连接到电源线且NPN晶体管Q2的发射极连接到地线。进一步，在NPN晶体管Q1和Q2各自的集电极和发射极之间，提供了使电流从各自的发射极流动到各自的集电极的二极管D1和D2。
逆变器14包括U相臂15、V相臂16和W相臂17。在电源线和地线之间并行地提供U相臂15、V相臂16和W相臂17。
U相臂15包括串联连接的NPN晶体管Q3和Q4，V相臂16包括串联连接的NPN晶体管Q5和Q6且W相臂17包括串联连接的NPN晶体管Q7和Q8。在晶体管Q3-Q8各自的集电极和发射极之间，连接了使电流从各自的发射极流动到各自的集电极的二极管D3-D8。
将每一相臂的中间点连接到AC电机M1的每一相线圈的端点。具体地，AC电机M1是配置有分别为U、V和W三相线圈的三相永磁电机。将U相线圈的一端、V相线圈的一端以及W相线圈的一端连接到共同的中间节点，而U相线圈的另一端被连接到在NPN晶体管Q3和Q4之间的中间点，V相线圈的另一端被连接到在NPN晶体管Q5和Q6之间的中间点，且W相线圈的另一端被连接到在NPN晶体管Q7和Q8之间的中间点。
DC电源B包括二次或可充电电池，例如，镍氢或锂离子电池。电压传感器10检测从DC电源B输出的DC电压Vb以输出检测的DC电压到控制装置30。响应于来自控制装置30的信号SE，开启/关闭系统继电器SR1和SR2。
电容器C1平滑从由DC电源B提供的DC电压Vb，以提供平滑的DC电压到升压变换器12。
升压变换器12升高来自电容器C1的DC电压，以提供升高的电压到电容器C2。更具体地，接收了来自控制装置30的信号PWMU，升压变换器12根据响应于信号PWMU开启NPN晶体管Q2的时间段来升高DC电压，并且向电容器C2提供升高的电压。在这种情况下，响应于信号PWMU关闭NPN晶体管Q1。进一步，接收了来自控制装置30的信号PWMD，升压变换器12降低经由电容器C2从逆变器14提供的DC电压，以对DC电源B进行充电。
电容器C2平滑来自升压变换器12的DC电压，以提供平滑的DC电压到逆变器14。电压传感器13检测电容器C2的端到端的电压，也就是升压变换器的输出电压Vm(相当于到逆变器14的输入电压)，以输出检测的输出电压Vm到控制装置30。
接收从电容器C2提供的DC电压，逆变器14基于来自控制装置30的信号PWMI将所述DC电压变换到AC电压，以驱动AC电机M1。因此，AC电机M1被驱动以产生由扭矩指令值TR指示的扭矩。在其上安装有电机驱动设备100的混合动力车或电动车的再生制动模式下，基于来自控制装置30的信号PWMC，逆变器14将由AC电机M1产生的AC电压变换到DC电压，以经由电容器C2向升压变换器12提供所得到的DC电压。
在此所述再生制动包括伴随有再生发电的制动以及伴随有再生发电的减速(或停止加速)，当混合动力或电动车的驾驶员踏在脚制动器上时实现所述制动，当驾驶员没有操作脚制动器而松开加速踏板时实现所述减速(或停止加速)。
电流传感器24检测流过AC电机M1的电机电流MCRT，以输出检测的电机电流MCRT到控制装置30。
根据在下文中描述的方法，基于从外部提供的ECU(电子控制单元)输入的扭矩指令值TR和电机转数(电机的旋转的数目)MRN、来自电压传感器10的DC电压Vb、来自电压传感器13的输出电压Vm以及来自电流传感器24的电机电流MCRT，控制装置30产生用于驱动升压变换器12的信号PWMU以及用于驱动逆变器14的信号PWMI，并且分别向升压变换器12和逆变器14输出产生的信号PWMU和PWMI。
信号PWMU是用于驱动升压变换器12以将来自电容器C1的DC电压变换到输出电压Vm的信号。当升压变换器12将所述DC电压变换到输出电压Vm时，控制装置30通过以输出电压Vm等于电压指令Vdc_com的方式产生用于驱动升压变换器12的信号PWMU来进行输出电压Vm的反馈控制。在下文中给出了对产生信号PWMU的方法的描述。
进一步，接收了来自外部ECU的用于指示混合动力或电动车进入再生制动模式的信号，控制装置30产生用于将由AC电机M1产生的AC电压变换到DC电压的信号PWMC，并且向逆变器14输出产生的信号。在这种情况下，逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8处于信号PWMC的开关控制下。因而逆变器14将由AC电机M1产生的AC电压变换到所述DC电压，以提供产生的DC电压到升压变换器12。
此外，接收了来自外部ECU的用于指示混合动力或电动车进入再生制动模式的信号，控制装置30产生用于降低从逆变器14提供的DC电压的信号PWMD，以输出产生的信号PWMD到升压变换器12。因而由AC电机M1产生的AC电压被变换到DC电压，其然后被降低以提供给DC电源B。
此外，控制装置30产生信号SE，用于开启/关闭系统继电器SR1和SR2，以输出产生的信号到系统继电器SR1和SR2。
图2是控制装置30的功能框图。参照图2，控制装置30包括电机扭矩控制装置301和电压变换控制装置302。当AC电机M1被驱动时，基于扭矩指令值TR、来自DC电源B的DC电压Vb、电机电流MCRT、电机转数MRN和升压变换器12的输出电压Vm，电机扭矩控制装置301产生用于根据在下文中描述的方法开启/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的信号PWMU，以及用于开启/关闭逆变器14的晶体管Q3-Q8信号PWMI，并且分别向升压变换器12和逆变器14输出产生的信号PWMU和PWMI。
在所述再生制动模式下，接收了来自外部ECU的用于指示混合动力或电动车进入再生制动模式的信号RGE，电压变换控制装置302产生用于将AC电机M1产生的AC电压变换到DC电压的信号PWMC，以输出产生的信号到逆变器14。
在所述再生制动模式下，接收了来自外部ECU的信号RGE，电压变换控制装置302产生用于降低由逆变器14提供的DC电压的信号PWMD，以输出产生的信号到升压变换器12。由此可见，所述升压变换器12也可以响应于用于降低DC电压的信号PWMD来降低所述电压，升压变换器12作为双向变换器运行。
图3是电机扭矩控制装置301的功能框图。参照图3，电机扭矩装置301包括：用于电机控制的相电压计算单元40(下文中的相电压计算单元40)，用于逆变器的PWM信号变换单元42(下文中的逆变器PWM信号变换单元42)，逆变器输入电压指令计算单元50，反馈电压指令计算单元52，以及占空比变换单元54。
相电压计算单元40接收从电压传感器13接收升压变换器12的输出电压Vm，即，到逆变器14的输入电压，从电流传感器24接收流过AC电机M1各相的电机电流MCRT，以及接收来自外部ECU的扭矩指令值TR。然后，基于这些输入信号，相电压计算单元40计算将被施加于AC电机M1的每一相线圈的电压，以提供所得到的电压到逆变器PWM信号变换单元42。基于来自相电压计算单元40的计算结果，逆变器PWM信号电压变换单元42产生用于实际地开启/关闭逆变器14的晶体管Q3-Q8的信号PWMI，并且向逆变器14的每个NPN晶体管Q3-Q8输出产生的信号PWMI。
因而被开关控制的NPN晶体管Q3-Q8控制将要流向AC电机M1的每一相的电流，从而使得AC电机M1输出指定的扭矩。这样，控制所述电机驱动电流并且根据扭矩指令值TR输出所述电机扭矩。
基于扭矩指令值TR和电机转数MRN，逆变器输入电压指令计算单元50计算逆变器输入电压的最佳值(目标电压)，即电压指令Vdc_com1，并且向反馈电压指令计算单元52输出所得到的电压指令Vdc_com1。
基于来自传感器13的升压变换器12的输出电压Vm和来自逆变器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com1，反馈电压指令计算单元52根据在下文中描述的方法，计算反馈电压指令Vdc_com_fb，并且向占空比变换单元54输出计算的反馈电压指令Vdc_com_fb。
基于来自电压传感器10的DC电压Vb和来自反馈电压指令计算单元52的反馈电压指令Vdc_com_fb，占空比变换单元54计算用于将来自电压传感器13的输出电压Vm设置到反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比，并且基于计算的占空比，产生用于开启/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的信号PWMU。然后，占空比变换单元54向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出产生的信号PWMU。
可以增加升压变换器12中位置较靠下的NPN晶体管Q2的占空比(on-duty)，以增大电感器L1的蓄电量，从而获得更高的电压输出。相反，如果增加位置较靠上的NPN晶体管Q1的占空比，则电源线上的电压下降。因此，通过控制NPN晶体管Q1和Q2的占空比，能控制电源线上的电压，从而使得能够将所述电压设置为至少为DC电源B的输出电压的任意电压。
图4是图3所示反馈电压指令计算单元52和占空比变换单元54的功能框图。参照图4，反馈电压指令计算单元52包括减法器521、电压偏差确定单元522、变化率确定单元523、PI控制增益确定单元524以及PI控制单元525。
减法器521接收来自逆变器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com1，以及来自电压传感器13的输出电压Vm，并且从电压指令Vdc_com1中减去输出电压Vm。然后减法器521向电压偏差确定单元522输出由偏差ΔVdc1表示的相减结果。
电压偏差确定单元522确定来自减法器521的偏差ΔVdc1是否大于特定的值A。如果偏差ΔVdc1大于给定值A，电压偏差确定单元522将给定值A加到来自电压传感器13的输出电压Vm，并且将结果，即电压Vm+A，作为新的电压指令Vdc_com2，输出到变化率确定单元523。如果偏差ΔVdc1等于或小于给定值A，电压偏差确定单元522将来自逆变器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com1输出到变化率确定单元523。
变化率确定单元523确定来自电压偏差确定单元522的电压指令Vdc_com2是否增加。更具体地，变化率确定单元523存储先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)，并且计算在当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)与先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)之间的差，以确定电压指令Vdc_com2是否增加。
然后，如果电压指令Vdc_com2没有增加，变化率确定单元523利用此时的来自电压偏差确定单元522的电压指令Vdc_com2(n)(＝Vm+A)。
如果电压指令Vdc_com2增加，变化率确定单元523计算在当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)与先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)之间的偏差ΔVdc_com，并且将计算的差ΔVdc_com与标准值STD进行比较。
如果差ΔVdc_com大于标准值STD，变化率确定单元523通过计算Vdc_com2(n-1)+STD来确定电压指令Vdc_com2(n)。
如果差ΔVdc_com等于或小于标准值STD，变化率确定单元523利用此时的来自电压偏差确定单元522的电压指令Vdc_com2(n)(＝Vm+A)。
然后，变化率确定单元523将电压指令Vdc_com2(n)与从逆变器输入电压指令计算单元50接收的电压指令Vdc_com1(目标电压)进行比较。如果电压指令Vdc_com2(n)等于或大于电压指令Vdc_com1，变化率确定单元523向PI控制增益确定单元524输出此目标电压Vdc_com1。如果电压指令Vdc_com2(n)小于电压指令Vdc_com1，变化率确定单元523向PI控制增益确定单元524输出电压指令Vdc_com2(n)。
PI控制增益确定单元524计算来自变化率确定单元523的电压指令Vdc_com1或电压指令Vdc_com2(n)与来自电压传感器13的输出电压Vm之间的偏差ΔVdc2，以输出此计算的偏差ΔVdc2、比例增益PG和积分增益IG到PI控制单元525。
PI控制单元525基于比例增益PG、积分增益IG和偏差ΔVdc2，计算反馈电压指令Vdc_com_fb。具体地，PI控制单元525将来自PI控制增益确定单元的比例增益PG、积分增益IG和偏差ΔVdc2代入到下面的表达式中以确定反馈电压指令Vdc_com_fb。
Vdc_com_fb＝PG×ΔVdc2+IG×∑ΔVdc2    (1)
然后PI控制单元525向占空比变换单元54输出计算的反馈电压指令Vdc_com_fb。
占空比变换单元54包括用于所述变换器的占空比计算单元541和用于所述变换器的PWM信号变换单元542。基于来自电压传感器10的DC电压Vb和来自PI控制单元525的反馈电压指令Vdc_com_fb，变换器占空比计算单元541计算用于将来自电压传感器13的输出电压Vm设置到反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比。
基于来自变换器占空比计算单元541的占空比，变换器PWM信号变换单元542产生用于开启/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的信号PWMU。然后，变换器PWM信号变换单元542向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出产生的信号PWMU。
因此，升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2被基于信号PWMU开启/关闭。因而升压变换器12以输出电压Vm等于电压指令Vdc_com1的方式将所述DC电压变换到输出电压Vm。
图5是电压时间图。参照图5，下面给出对升压变换器12的反馈控制的描述，所述升压变换器12以输出电压Vm等于电压指令Vdc_com1的方式将DC电压Vb变换到输出电压Vm。
随着AC电机M1的负载增加，升压变换器12的输出电压Vm在时刻t1开始下降。然后确定电压指令Vdc_com1与输出电压Vm之间的偏差ΔVdc1是否大于给定值A。如果偏差ΔVdc1大于给定值A，则通过将给定值A加到输出电压Vm来确定新的电压指令Vdc_com2(Vdc_com2＝Vm+A)。
在这种情况下，电压指令Vdc_com1是升压变换器12应该输出的目标电压，而电压指令Vdc_com2是伪电压指令，用于在为了使输出电压Vm等于电压指令Vdc_com1(＝目标电压)而进行反馈控制时防止由于输出电压Vm超过电压指令Vdc_com1(＝目标电压)而导致产生过电压和过电流。
因此，当一旦电压指令Vdc_com1被从逆变器输入电压指令计算单元50输出其即被固定时，取决于根据输出电压Vm的变化的控制时刻来改变电压指令Vdc_com2。
在从时刻t1到时刻t2的时段内，输出电压Vm持续下降，在电压指令Vdc_com1(＝目标电压)和输出电压Vm之间的偏差ΔVdc1大于给定值A。然后，将给定值A加到输出电压Vm以计算电压指令Vdc_com2(＝Vm+A)，并且利用此电压指令Vdc_com2进行反馈控制。
在时刻t2，已经在下降的电压指令Vdc_com2开始上升。然后，以通过将给定值A加到输出电压Vm而计算得到的电压指令Vdc_com2的变化率ΔVdc_com等于或小于标准值STD的方式确定电压指令Vdc_com2。
由于在电压指令Vdc_com1和输出电压Vm之间的偏差ΔVdc1在时刻t2仍然大于给定值A，基本上通过将特定制A加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2。然而，在输出电压Vm上升的区域内，如果利用通过将给定值A加到输出电压Vm计算得到的电压指令Vdc_com2进行反馈控制，输出电压Vm可能超过电压指令Vdc_com1(＝目标电压)而达到过电压电平，导致过电压和过电流的产生。
然后，当已经在下降的输出电压Vm开始上升时，以所述变化率等于或小于标准值STD的方式设置新的电压指令Vdc_com2。
更具体地，计算当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)与先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)之间的差ΔVdc_com，并且将计算的差与标准值STD进行比较。
如果差ΔVdc_com大于标准值STD，依照等式Vdc_com2(n)＝Vdc_com2(n-1)+STD计算当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)。
如果差ΔVdc_com等于或小于标准值STD，使用此时的通过将给定值A加到输出电压Vm而得到的电压指令Vdc_com2(n)。
一旦以这种方式确定了电压指令Vdc_com2，确定电压指令Vdc_com2是否等于或大于电压指令Vdc_com1。如果电压指令Vdc_com2等于或大于电压指令Vdc_com1，利用电压指令Vdc_com1进行反馈控制。如果电压指令Vdc_com2小于电压指令Vdc_com1，利用电压指令Vdc_com2进行反馈控制。
对于输出电压Vm持续下降的区域，通过将给定值A加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2，并且利用计算的电压指令Vdc_com2进行反馈控制。换句话说，对于输出电压Vm持续下降的区域，通过以在电压指令Vdc_com2和输出电压Vm之间的偏差ΔVdc2等于或小于给定值A的方式改变电压指令Vdc_com2来进行反馈控制。
然后，当已经在下降的输出电压Vm开始上升时，通过以变化率ΔVdc_com等于或小于标准值STD的方式改变电压指令Vdc_com2来进行反馈控制。这样，使得输出电压Vm在时刻tn等于目标电压Vdc_com1，而没有达到过电压电平。
在这种情况下，可以将标准值STD设置为不引起流向作为负载的AC电机M1和流向DC电源B的过电流且不引起过电压产生的任何值。换句话说，当到负载的输入电压急剧上升时，存在流向负载的过电流的可能性更大。当所述过电流流向负载时，来自DC电源B的电功率也突然增大，从而使得过电流也流向DC电源B。也有可能产生过电压。因而，将标准值STD设置为不引起过电流和过电压产生的值。
参照图5，在时刻t2之后，以变化率等于或小于标准值STD的方式计算电压指令Vdc_com2，且因而在从时刻t2到时刻tn的时段内的任一时间，输出电压Vm变得等于电压指令Vdc_com2。从这里可以看出，在输出电压下降到变得相当地小于目标电压Vdc_com1同时偏差ΔVdc1变得大于给定值A的情况下，通过以在电压指令Vdc_com2与输出电压Vm之间的偏差ΔVdc2下降的方式改变电压指令Vdc_com2来进行本发明的反馈控制。
在下面的两种情况下，可能会发生图5所示的输出电压Vm下降到相当地小于目标电压Vdc_com1的事件，即：
(A)作为负载的AC电机M1的输出突然增加，使得DC电源B的输出不能响应于所述突然增加；以及
(B)作为负载的AC电机M1的输出超过DC电源B最大输出。
情况(A)在连接到车辆驱动轮的AC电机作为负载并且驱动轮突然打滑的情形下发生，而情况(B)在环境温度下降导致DC电源B的输出特性恶化的情形下发生。
图6是另一个电压时间图。参照图6，在从时刻t1到时刻t3的时段内，通过将给定值A加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2。换句话说，即使在已经在下降的输出电压Vm开始上升之后，通过将给定值A加到输出电压Vm的来计算电压指令Vdc_com2。
然后，在时刻t3及其之后，以变化率等于或小于标准值STD的方式确定电压指令Vdc_com2。
从上面可以看出，从以变化率等于或小于标准值STD的方式确定电压指令Vdc_com2的时刻与已经在下降的输出电压Vm开始上升的时刻可以不同。
图7是流程图，其示出了反馈控制的操作，在其中升压变换器12以输出电压Vm等于电压指令Vdc_com1的方式将DC电压Vb变换到输出电压Vm。
参照图7，在一系列操作的开始，逆变器输入电压计算单元50基于来自外部ECU的扭矩指令值TR和电机转数MRN，产生电压指令Vdc_com1(＝目标电压)(步骤S1)，以输出产生的电压指令Vdc_com1到反馈电压指令计算单元52。
反馈电压指令计算单元52的减法器521计算在目标电压Vdc_com1和输出电压Vm之间的偏差ΔVdc1(步骤S2)，以输出计算的偏差ΔVdc1到电压偏差确定单元522。
然后，电压偏差确定单元522确定偏差ΔVdc1是否大于给定值A(步骤S3)。当偏差ΔVdc1大于给定值A时，电压偏差确定单元522通过将给定值A加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2，以输出所得到的电压指令到变化率确定单元523(步骤S4)。
在步骤S3中，当电压偏差确定单元522确定偏差ΔVdc1等于或小于给定值A时，电压偏差确定单元522向变化率确定单元523输出从逆变器输入电压指令计算单元50提供的电压指令Vdc_com1。
在步骤S3中确定“否”之后或在步骤S4之后，变化率确定单元523确定来自电压偏差确定单元522的电压指令Vdc_com2是否增加(步骤S5)。当电压指令Vdc_com2未增加时，操作系列进行到步骤S7。
在步骤S5中，当确定电压指令Vdc_com2增加时，以电压指令Vdc_com2的变化率等于或小于标准值STD的方式设置电压指令Vdc_com2(步骤S6)。
在步骤S5中确定“否”之后或在步骤S6之后，PI控制增益确定单元524计算在来自变化率确定单元523的电压指令Vdc_com2与输出电压Vm之间的偏差ΔVdc2，以输出计算的偏差ΔVdc2、比例增益PG和积分增益IG到PI控制单元525。
PI控制单元525将从PI控制增益确定单元524提供的偏差ΔVdc2、比例增益PG和积分增益IG代入到表达式(1)以计算反馈电压指令Vdc_com_fb。然后，PI控制单元525向占空比变换单元524输出计算的反馈电压指令Vdc_com_fb。
占空比变换单元54基于来自PI控制单元525的反馈电压指令Vdc_com_fb、来自电压传感器10的DC电压Vb以及来自电压传感器13的输出电压Vm，计算用于设置输出电压Vm到反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比，以基于所述计算的占空比产生用于开启/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的信号PWMU。然后，占空比变换单元54向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出产生的信号PWMU。因而通过电压指令Vdc_com2进行控制(步骤S7)。
在这之后，确定输出电压Vm是否等于目标电压Vdc_com1(步骤S8)。当输出电压Vm不等于目标电压Vdc_com1时，重复步骤S2-S8。然后，当输出电压Vm变得等于目标电压Vdc_com1，所述一系列操作结束。
图8是流程图，其详细地示出了图7所示的步骤S6的操作。当在图7所示的步骤S5中确定电压指令Vdc_com2增加时，变化率确定单元523计算在当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)和先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)之间的差ΔVdc_com(步骤S61)，并确定所述计算的差ΔVdc_com是否大于标准值STD(步骤S62)。
当差ΔVdc_com大于标准值STD时，变化率确定单元523通过将标准值STD加到先前控制下的电压指令Vdc_com2(n-1)来计算当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)(步骤S63)。
当在步骤S62中确定差ΔVdc_com等于或小于标准值STD时，利用当前控制下的电压指令Vdc_com2(n)，也就是由电压偏差确定单元522通过将给定值A加到输出电压Vm来计算的电压指令Vdc_com2(n)(步骤S64)。
在步骤S63或S64之后，变化率确定单元523确定在步骤S63或S64中计算的电压指令Vdc_com2(n)是否等于或大于目标电压Vdc_com1(步骤S65)。当电压指令Vdc_com2(n)等于或大于目标电压Vdc_com1时，变化率确定单元523将目标电压Vdc_com1作为电压指令输出到PI增益确定单元524(步骤S66)。
当电压指令Vdc_com2(n)小于目标电压Vdc_com1时，变化率确定单元523将电压指令Vdc_com2(n)作为电压指令输出到PI增益确定单元524(步骤S67)。
在步骤S66或S67之后，所述系列操作进行到图7所示的步骤S7。
在上述的流程图中，在其中步骤S2、步骤S3中的“是”、步骤S4、步骤S5中的“否”、步骤S7以及步骤S8中的“否”被重复的流程相当于，在输出电压Vm持续下降的情况下，通过以给定值A与输出电压Vm的相加计算电压指令Vdc_com2，并且如图5所示的在从时刻t1到时刻t2的时段内以电压指令Vdc_com2与输出电压Vm之间的偏差等于或小于给定值A的方式改变电压指令Vdc_com2来进行反馈控制。
在上述的流程图中，在其中步骤S2、步骤S3中的“是”、步骤S4、步骤S5中的“是”、步骤S6、步骤S7以及步骤S8中的“否”被重复的流程相当于，显示的过程，在该过程中，在已经在下降的输出电压开始上升的情况下，通过以变化率等于或小于标准值STD的方式计算电压指令Vdc_com2，具体地，通过如图5所示的在时刻t2及其之后以变化率等于或小于标准值的方式改变电压指令Vdc_com2来进行反馈控制。
从上面可以看出，按照在其中步骤S2、步骤S3中的“是”、步骤S4、步骤S5中的“否”、步骤S7以及步骤S8中的“否”被重复的流程，通过随着输出电压Vm的下降减小电压指令Vdc_com2来进行所述反馈控制，以及，按照在其中步骤S2、步骤S3中的“是”、步骤S4、步骤S5中的“否”、步骤S7以及步骤S8中的“否”被重复的流程，通过限制变化率到标准值STD或更小来进行所述反馈控制。因而，使得输出电压Vm等于目标电压Vdc_com1的反馈控制相当于在其控制下根据输出电压Vm的变化率来改变电压指令Vdc_com2的变化率的反馈控制。
进一步，在步骤S5中确定电压指令Vdc_com2增加的操作相当于，确定已经在下降的输出电压Vm开始上升的操作。
正如上面所讨论的，本发明的一个特点在于，在由于输出电压Vm与目标电压Vdc_com1之间的偏差ΔVdc1小于给定值使得输出电压Vm变得小于目标电压Vdc_com1的情况下，通过改变电压指令Vdc_com2使得电压指令Vdc_com2与输出电压Vm之间的偏差ΔVdc2下降来进行所述升压变换器12的反馈控制。
具体地，在输出电压Vm持续下降的情况下，通过以关于输出电压Vm的偏差ΔVdc2等于或小于给定值A的方式改变电压指令Vdc_com2，以及在已经在下降的输出电压Vm开始上升的情况下，通过以变化率等于或小于标准值STD的方式改变电压指令Vdc_com2，使得关于输出电压Vm的偏差ΔVdc2下降。
利用上面描述的特点，与将升压器12的电压指令固定在目标电压Vdc_com1的情况相比较，可以减小在所述电压指令和输出电压Vm之间的偏差以及作为偏差累积的结果产生的累积偏差。因此，当以输出电压Vm等于目标电压Vdc_com1的方式进行反馈控制时，能够抑制由于输出电压Vm超过目标电压Vdc_com1达到过电压电平而导致的过电压和过电流的产生。
可以将上述给定值A设置为完全消除输出电压Vm的响应延迟的值。根据以上描述，在目标电压Vdc_com1和输出电压Vm之间的偏差ΔVdc1大于给定值A的情况下，通过简单地将给定值A加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2。然而，本发明并不限于这种计算。可选地，可以通过将值A±α加到输出电压Vm来计算电压指令Vdc_com2，以使得基本上消除输出电压Vm的响应延迟。
例如将电机驱动设备100安装到混合动力车上。在这种情况下，AC电机包括两个电动发电机MG1和MG2，而逆变器14包括两个逆变器。具体地，如图9中所示，将两个逆变器14A和14B相应地提供给两个电动发电机MG1和MG2。将这两个逆变器14A和14B并联连接到节点N1和N2，这些节点连接到电容器C2的相应端点。
将电动发电机MG1经由动力分配装置(未示出)连接到发动机，而将电动发电机MG2经由动力分配装置连接到驱动轮。
逆变器14A将来自升压变换器12的DC电压变换到AC电压，以驱动电动发电机MG1，以及将通过电动发电机MG1从发动机的旋转力产生的AC电压变换到DC电压，以向升压变换器12提供产生的电压。
逆变器14B将来自升压变换器12的DC电压变换到AC电压，以驱动电动发电机MG2，以及将通过电动发电机MG2从驱动轮的旋转力产生的AC电压变换到DC电压，以向升压变换器12提供产生的电压。
当通过利用电动发电机MG2的输出扭矩转动驱动轮，使得车辆作为电动车(EV驱动)运行时，在以电动机模式驱动电动发电机MG1和MG2的情况下，即，在通过电动发电机MG1起动发动机的情况下，升压变换器12的输出电压Vm下降到相当地小于目标电压Vdc_com1。
在上述情况下，即使输出电压Vm下降到远小于目标电压Vdc_com1，，当DC电压Vb被增加到输出电压Vm，从而使得输出电压Vm等于目标电压Vdc_com1时，如上所描述反馈控制能够抑制过电流和过电压的产生。
因此，对于安装在混合动力车上的升压变换器的反馈控制，本发明是尤其有效的。
虽然以上描述适用于升压变换器12的输出电压Vm从目标电压Vdc_com1下降的情况，但是本发明也可选地适用于输出电压Vm从目标电压Vdc_com1上升的情况。
根据上面的描述，占空比变换单元54利用来自反馈电压指令计算单元52的反馈电压指令Vdc_com_fb来计算用于将来自电压传感器13的输出电压Vm设置到反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比。然而，本发明不受限于此，占空比变换单元54可以通过利用来自反馈电压指令计算单元52的反馈电压指令Vdc_com_fb校正来自逆变器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com1来计算用于将输出电压Vm设置为校正的电压指令Vdc_com1的占空比。
在这种情况下，如图3所示，逆变器输入电压指令计算单元50向反馈电压指令计算单元52和占空比计算单元54输出计算的电压指令Vdc_com1。
此外，根据上面的描述，变换器占空比计算单元541计算用于利用来自PI控制单元525的反馈电压指令Vdc_com_fb将来自传感器13的输出电压Vm设置为反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比。然而，本发明不受限于此。可选地，根据本发明，变换器占空比计算541可以通过利用来自PI控制单元525的反馈电压指令Vdc_com_fb校正来自变化率确定单元523的电压指令Vdc_com2来计算所述占空比，然后将输出电压Vm设置为校正的电压指令Vdc_com1。
在这种情况下，如图4所示，变化率确定单元523向PI控制增益确定单元524和变换器占空比计算单元541输出最终确定的电压指令Vdc_com2。
进一步，根据上面的描述，在再生模式下，控制装置30接收来自外部ECU的信号RGE，并且控制装置30产生用于控制升压变换器12的信号PWMU和PWMD和用于控制逆变器14的信号PWMI和PWMC。然而，本发明并不限于此，并且控制装置30可以利用PI控制产生用于控制升压变换器12和逆变器14的PWM信号，从而使得输出电压跟随电压指令Vdc_com1.
此外，根据本发明，“电压变换设备”包括升压变换器12、控制装置30的反馈电压指令计算单元52和占空比变换单元54。
进一步，根据本发明，用于控制作为电压变换器的升压变换器12的“控制装置”包括反馈电压指令计算单元52和占空比变换单元54。
由CPU(中央处理单元)实际进行反馈电压指令计算单元52和占空比变换单元54的反馈控制。所述CPU从ROM(只读存储器)读取具有图7和图8所示的流程图的步骤的程序，执行读入的程序，以遵循图7和图8所示的流程图，来控制从DC电压到输出电压Vm的电压变换。因而所述ROM对应于在其上记录有程序的计算机(CPU)可读记录介质，所述程序具有图7和图8中的流程图的步骤。
尽管已经详细地对本发明进行了描述和说明，但是可以清楚地理解到，这只是出于说明和举例的目的，而非出于限制的目的，本发明的精神和范围只由所附各项权利要求进行限制。
本发明适用于以输出电压等于电压指令的方式将DC电压变换到输出电压，同时抑制过电压和过电流产生的电压变换设备。进一步，本发明适用于在其上记录有程序的计算机可读记录介质，所述程序用于计算机以输出电压等于电压指令的方式，执行对从DC电压到输出电压的电压变换的控制。

Claims (7)

1.一种电压变换设备(12，13，30)，用于以输出电压等于第一目标电压的方式将来自DC电源的DC电压变换到所述输出电压，该设备包括：
电压变换器(12)，用于改变所述DC电压的电平以输出所述输出电压；
检测装置(13)，用于检测从所述电压变换器(12)输出的所述输出电压；以及
控制装置(30)，用于以所述输出电压等于所述第一目标电压的方式进行所述电压变换器(12)的反馈控制，在所述第一目标电压和所述检测的输出电压之间的第一偏差大于预定值的情况下，通过以在第二目标电压和所述输出电压之间的第二偏差减小的方式改变所述电压变换器(12)的第二目标电压来进行所述反馈控制，其中，
所述控制装置(30)控制所述电压变换器(12)，在所述检测的输出电压下降到低于所述第一目标电压的情况下，通过进行第一反馈控制和第二反馈控制使得所述输出电压等于所述第一目标电压，
所述第一反馈控制是指通过以所述第二偏差至多为预定值的方式改变所述第二目标电压来执行的所述电压变换器(12)的反馈控制，以及
所述第二反馈控制是指，在所述已经在下降的检测的输出电压开始上升的情况下，通过以所述第二目标电压的变化率至多为标准值的方式改变所述第二目标电压来执行的所述电压变换器(12)的反馈控制。
2.根据权利要求1的电压变换设备，其中，
在所述第一偏差大于所述预定值的情况下，所述控制装置(30)利用通过将所述预定值加到所述检测的输出电压所确定的所述第二目标电压来进行所述第一反馈控制。
3.根据权利要求1或2的电压变换设备，其中，
所述输出电压被输入到驱动AC电机(M1)的逆变器(14)。
4.根据权利要求3的电压变换设备，其中，
所述AC电机(M1)是用于车辆的电机。
5.一种电压变换方法，其用于以输出电压等于第一目标电压的方式控制从来自DC电源的DC电压到所述输出电压的电压变换，该方法包含：
第一步骤，检测所述输出电压；以及
第二步骤，进行将所述DC电压变换到所述输出电压的电压变换器(12)的反馈控制，在所述第一目标电压和所述检测的输出电压之间的第一偏差大于预定值的情况下，通过以在第二目标电压和所述输出电压之间的第二偏差减小的方式改变所述电压变换器(12)的所述第二目标电压来进行所述反馈控制，其中
所述第二步骤包括：
第一子步骤，计算所述第一偏差；
第二子步骤，检测所述第一偏差大于所述预定值；
第三子步骤，通过以所述第二偏差至多为所述预定值的方式改变所述第二目标电压来进行所述电压变换器(12)的反馈控制；以及
第四子步骤，在所述已经在下降的检测的输出电压开始上升的情况下，通过以所述第二目标电压的变化率至多为标准值的方式改变所述第二目标电压来进行所述电压变换器(12)的反馈控制。
6.根据权利要求5的电压变换方法，其中，
所述第三子步骤包括以下步骤：
通过将所述预定值加到所述检测的输出电压来计算所述第二目标电压；
利用所述计算的第二目标电压进行所述电压变换器(12)的反馈控制。
7.根据权利要求5或6的电压变换方法，其中，
所述第四子步骤包括以下步骤：
检测所述已经在下降的输出电压开始上升；
计算在第一控制时刻的第三目标电压和先于所述第一控制时刻的第二控制时刻的第四目标电压之间的差；
将所述差与所述标准值进行比较；
在所述差大于所述标准值的情况下，通过将所述标准值加到所述第四目标电压来计算所述第三目标电压；
在所述差至多为所述标准值的情况下，通过将所述预定值加到所述检测的输出电压来计算所述第三目标电压；以及
利用所述计算的第三目标电压进行所述电压变换器(12)的反馈控制。
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