CN101199107B - 电压变换装置 - Google Patents
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Abstract
当开始电压变换操作时，控制电路(30)进行运算以在将基于转矩指令值(TR)和电动机转数(MRN)获得的目标电压设定为最终值的情况下获得每个控制时刻的电压指令值，并控制升压变换器(12)以使输出电压(Vm)与电压指令值一致。控制电路(30)具有被设定成低于目标电压的规定阈值。控制电路(30)在将控制时刻之间的变化率的绝对值设定为第一值的情况下控制升压变换器(12)，直到电压指令值达到规定阈值。当电压指令值变成至少为规定阈值时，在将变化率的绝对值设定为比第一值小的第二值的情况下控制升压变换器(12)。
Description
技术领域
本发明涉及将来自电源的DC电压变换成目标电压的电压变换装置。
背景技术
近年来，混合动力车辆和电动车辆作为环境友好的车辆引起人们的关注。混合动力车辆除了使用传统的发动机之外，还使用DC电源、逆变器和由逆变器驱动的电动机作为机械动力源。即，混合动力车辆通过驱动发动机，还通过用逆变器将来自DC电源的DC电压变换成AC电压并用所变换的AC电压使电动机来旋转，来获得机械动力。
电动车辆使用DC电源、逆变器和由逆变器驱动的电动机作为机械动力源。
在如上所述的混合动力车辆或者电动车辆中，已经考虑了这样的构造，其中，来自DC电源的DC电压用升压变换器进行升压，并将升压后的DC电压供应到驱动电动机的逆变器(例如，参见日本专利公开No.2003-259689，日本专利公开No.10-127094和日本专利公开No.2002-112572)。
日本专利公开No.2003-259689公开了一种斩波电路(其将来自DC电源的DC电压升压或降压到期望DC电压)的控制电路，为了抑制斩波电路的输出电压的过冲，其包括在升压操作期间对电压指令设定比率的电压比率电路。
根据此公开，当在升压操作中升电压指令从升压开始的时间起增大时，电压比率电路将设定对于电压指令的比率，以将斩波电路的输出电压与电压指令之间的差值保持在预定范围内。
详细而言，电压比率电路将电压指令以恒定的比率从作为初始值的主电路电容器电压增大。在此情况下，当斩波电路的输出电压的检测值(电 压检测值)与电压指令之间的差值变成大于预定范围时，电压比率电路暂时停止对电压指令的增大。接着，当电压检测值和电压指令之间的差值返回到预定范围时，电压指令再以恒定比率增大。
然而，在日本专利公开No.2003-259689中公开的控制变换电路的方法中，基于通过对斩波电路的输出电压的检测获得的电压检测值与电压指令之间的差值来对用于增大电压指令的比率进行反馈控制。因而，当电压指令响应于负载的突然变动而急剧变化时，不能够维持足以处理该变化的控制响应能力。在此情况下，由于控制响应能力的延迟会发生斩波电路的输出电压的过冲。
而且，将预定范围(其是作为用于判定暂时停止比率的施加的电压比率电路的标准)设定为以电压指令作为中间值的规定电压范围。因而，当电压检测值变成比电压指令高了一个大于预定范围的值时，即，当发生斩波电路的输出电压过冲时，电压比率电路在检测到过冲之后停止增大电压指令。因而，不能够可靠地防止过冲。
而且，由于电压比率电路基于电压检测值来控制比率，所以直到斩波电路的输出电压达到所期望的DC电压所用的时段随着电压检测值的大小而变化。因而，对电动机控制的响应时段进行管理将会不可行。
因而，本发明的目的是提供一种电压变换装置，其具有良好的控制响应能力，并能够抑制输出电压的过冲。
发明内容
根据本发明，电压变换装置包括电压变换器，其在电源和驱动负载的驱动电路之间对DC电压进行变换；以及控制电路，其控制电压变换器，以使电压变换器的输出电压与由负载的需求输出所确定的目标电压一致。控制电路包括：电压指令运算部分，其在将目标电压设定为最终值的情况下进行运算，以获得电压指令值；以及电压变换控制部分，其控制电压变换器，使得输出电压与对于每个控制时刻所获得的电压指令值一致。电压指令运算部分能够与当前控制时刻的电压指令值的大小相对应地改变电压指令值的变化率。
根据本发明，由于对应于电压指令值的大小来设定变化率，与传统的控制电路相比能够实现高的控制响应能力，其中在传统的控制电路中是基于电压变换器的输出电压来设定变化率的。此外，由于确保了电压变换器的输出电压对电压指令值的跟随能力，所以能够抑制输出电压的过冲。
电压转换装置优选还包括电容元件，其布置在电压变换器和驱动电路之间，并且用于对所变换的DC电压进行平滑化，并将所得到的电压输入到驱动电路。
因而，根据本发明，由于能够保护电容元件避免其输出电压过冲，并且不需要对电容元件的额定电压设置余量，因而能够减小电容元件的电容。
电压指令运算部分优选具有被设定成低于目标电压的规定阈值。当电压指令值至多为阈值时，电压指令运算部分在将变化率的绝对值设定为第一值的情况下进行运算，以获得电压指令，并当电压指令值变成大于阈值时，电压指令运算部分在将变化率的绝对值设定为比第一值低的第二值的情况下进行运算，以获得电压指令值。
因而，根据本发明，由于变化率响应于电压指令值超过阈值的情况而减小，所以通过确保电压变换器的输出电压对电压指令值的跟随能力而能够抑制输出电压的过冲，并能够防止负载的响应时段的延迟。
规定阈值优选低于允许待输入到负载的最高电压。
因而，根据本发明，能够保护负载，避免由于输出电压的过冲而引起的过电压。
根据本发明，由于对应于电压指令值的大小来设定控制时刻之间的电压指令值的变化率，所以与传统的控制电路相比能够实现高的控制响应能力，在传统的控制电路中使用电压变换器的输出电压来控制电压指令值的变化率。因而，能够确保电压变换器的输出电压对电压指令值的跟随能力，直到输出电压达到目标电压，因而能够抑制输出电压的过冲。
而且，由于能够精确地确定输出电压达到目标电压所需的时段，因而能够对针对负载的响应时段进行管理，并能够维持针对负载的高响应能力。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电压变换装置所应用的电动机驱动装置的示意框图。
图2是图1所示的控制装置的功能框图。
图3是图2所示的逆变器控制电路的功能框图。
图4是图2所示的变换器控制电路的功能框图。
图5示出了通过应用传统的变换器控制电路而获得的电压指令值Vdc_stp、输出电压Vm和DC电压Vb的输出波形。
图6是用于描述用于根据本发明的电压指令值Vdc_stp的设定操作的示意图。
图7示出了通过应用根据本发明的变换器控制电路而获得的电压指令值Vdc_stp、输出电压Vm和DC电压Vb的输出波形。
图8是用于描述用于控制图1所示的升压变换器的操作的流程图。
图9是用于描述图8所示的步骤S02中的详细操作的流程图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的实施例。注意，附图中相同的符号表示相同或者相应的部分。
图1是根据本发明的实施例的电压变换装置应用到的电动机驱动装置的示意框图。
参照图1，电动机驱动装置100包括DC电源B，电压传感器10、13，电流传感器18、24，电容器C2，升压变换器12，逆变器14和控制装置30。
AC电动机M1是用于产生用于驱动混合动力车辆或者电动车辆的驱动轮的转矩的驱动电动机。AC电动机M1还具有由发动机驱动的发电机的功能，并能够作为用于发动机的电动机工作，以例如进行对发动机的起动。
升压变换器12包括电抗器L1，NPN晶体管Q1、Q2和二极管D1、 D2。
电抗器L1的一端连接到DC电源B的电源线，另一端连接到NPN晶体管Q1和NPN晶体管Q2之间的中间点(即，NPN晶体管Q1的发射极和NPN晶体管Q2的集电极之间的点)。
NPN晶体管Q1、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，NPN晶体管Q2的发射极连接到地线。此外，用于使电流从发射极侧流到集电极侧的二极管D1、D2分别连接在NPN晶体管Q1、Q2的集电极与发射极之间。
逆变器14形成有U相臂15、V相臂16和W相臂17。U相臂15、V相臂16和W相臂17彼此并联设置在电源线和地线之间。
U相臂15形成有串联连接的晶体管Q3、Q4。V相臂16形成有串联连接的NPN晶体管Q5、Q6。W相臂17形成有串联连接的NPN晶体管Q7、Q8。此外，用于使电流发射极侧流到集电极侧的二极管D3-D8分别连接在NPN晶体管Q3-Q8的集电极与发射极之间。
各相臂的中间点连接到AC电动机M1的各相线圈的各相端部。即，AC电动机M1是三相永磁电动机，且U、V和W相的三个线圈各自具有共同连接到中点的相应一端。U相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q3、Q4之间的中间点，V相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q5、Q6之间的中间点，W相线圈的另一端连接到NPN晶体管Q7、Q8之间的中间点。
DC电源B形成有诸如镍金属氢电池或者锂离子电池之类的二次电池。电压传感器10检测从DC电源B输出的电压Vb，并将所检测到的电压Vb输出到控制装置30。
升压变换器12将从DC电源B供应的DC电压进行升压，并将得到的电压供应到电容器C2。更具体地，升压变换器12从控制装置30接收信号PWC，用信号PWC根据NPN晶体管Q2的打开时段对DC电压进行升压，然后将得到的电压供应到电容器C2。
此外，当升压变换器12从控制装置30接收到信号PWC时，升压变换器12对从逆变器14经由电容器C2供应的DC电压进行降压，然后将得到的电压供应到DC电源B。
电容器C2对从升压变换器12输出的DC电压进行平滑化，并将平滑了的DC电压供应到逆变器14。
电压传感器13检测电容器C2的两端之间的电压Vm(对应于逆变器14的输入电压，以下相同)，并将检测到的电压Vm输出到控制装置30。
当从电容器C2供应DC电压时，逆变器14基于来自控制装置30的信号PWM将DC电压变换成AC电压，以驱动AC电动机M1。这样，AC电动机M1被驱动产生由转矩指令值TR指定的转矩。
此外，在其上安装有电动机驱动装置100的混合动力车辆或者电动车辆的再生制动期间，逆变器14基于来自控制装置30的信号PWM将由AC电动机M1产生的AC电压变换成DC电压，并将变换了的DC电压经由电容器C2供应到升压变换器12。
注意，此处所使用的“再生制动”包括：与当混合动力车辆或者电动车辆的驾驶者操作脚踏制动器时再生发电相关的制动，或者与在驱动期间通过关闭加速器踏板而不是通过操作脚踏制动器的情况下的车辆减速(或者加速的停止)。
电流传感器18检测流经电抗器L1的电抗器电流IL，并将检测到的电抗器电流IL输出到控制装置30。
控制装置30从设在外部的ECU(电子控制单元)接收转矩指令值TR和电动机转数MPN，从电压传感器13接收电压Vm，从电流传感器18接收电抗器电流IL，并从电流传感器24接收电动机电流MCRT。在由逆变器14驱动AC电动机M1期间，控制装置30基于电压Vm，转矩指令值TR和电动机转数MRN通过后述的方法产生用于对逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8进行开关控制的信号PWM，并将所产生的信号PWM输出到逆变器14。
此外，当逆变器14驱动AC电动机M1时，控制装置30基于电压Vb、Vm，转矩指令值TR和电动机转数MRN通过后述的方法产生对升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2进行开关控制的信号PWC，并将所产生的信号PWC输出到升压变换器12。
而且，在其上安装有电动机驱动装置100的混合动力车辆或者电动车辆的再生制动期间，控制装置30基于电压Vm、转矩指令值TR和电动机电流MCRT产生用于将由AC电动机M1产生的AC电压变换成DC电压的信号PWM，然后将所产生的信号PWM输出到逆变器14。在此情况下，用信号PWM对逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8进行开关控制。这样，逆变器14将AC电动机M1产生的AC电压变换成DC电压，并将DC电压供应到升压变换器12。
在再生制动过程中，控制装置30还基于电压Vb、Vm，转矩指令值TR和电动机转数MRN产生用于对从逆变器14供应的DC电压进行降压的信号PWC，然后将所产生的信号PWC输出到升压变换器12。这样，AC电动机M1产生的AC电压变换成DC电压，并被降压，然后供应到DC电源B。
图2是图1所示的控制装置30的功能框图。
参照图2，控制装置30包括逆变器控制电路301和变换器控制电路302。
在驱动AC电动机M1过程中，逆变器控制电路301基于转矩指令值TR、电动机电流MCRT和电压Vm产生用于打开/关闭逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8的信号PWM，并将所产生的信号PWM输出到逆变器14。
此外，在其上安装有电动机驱动装置100的混合动力车辆或者电动车辆的再生制动过程中，逆变器控制电路301基于逆变器指令值TR、电动机电流MCRT和电压Vm产生用于将AC电动机M1所产生的AC电压变换成DC电压的信号PWM，并将该信号输出到逆变器14。
在驱动AC电动机M1期间，变换器控制电路302基于转矩指令值TR、电压Vb、Vm和电动机转数MRN产生用于打开/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2的信号PWC，并将所产生的PWC输出到升压变换器12。
此外，在其上安装有电动机驱动装置100的混合动力车辆或者电动车辆的再生制动期间，变换器控制电路302基于转矩指令值TR、电压Vb，Vm和电动机转数MRN产生用于对来自逆变器14的DC电压进行降压的 信号PWC，并将所产生的信号PWC输出到升压变换器12。
如上所述，升压变换器12具有双向变换器的功能，这是因为升压变换器12还能够根据用于对DC电压进行降压的信号PWC来降低电压。
图3是图2所示的逆变器控制电路301的功能框图。
参照图3，逆变器控制电路301包括用于电动机控制的相电压运算部分41和用于逆变器的PWM信号变换部分42。
用于电动机控制的相电压运算部分41从电压传感器13接收升压变换器12的输出电压Vm(即逆变器14的输入电压)，从电流传感器24接收流经AC电动机M1各相的电动机电流MCRT，并从外部ECU接收转矩指令值TR。用于电动机控制的相电压运算部分41基于转矩指令值TR、电动机电流MCRT和电压Vm计算待施加到AC电动机M1的各相的线圈的电压，并将计算结果输出到用于逆变器的PWM信号变换部分42。
用于逆变器的PWM信号变换部分42基于从用于电动机控制的相电压运算部分41接收到的计算结果来产生用于实际打开/关闭逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8的信号PWM，并将所产生的信号PWM输出到逆变器14的每个NPN晶体管Q3-Q8。
由此，逆变器14的每个NPN晶体管Q3-Q8受到开关控制，并控制流经AC电动机M1的各相的电流以允许AC电动机M1输出指定的转矩。电动机电流MCRT也被这样控制，并且与转矩指令值TR相对应的电动机转矩被输出。
图4是图2所示的变换器控制电路302的功能框图。
参照图4，变换器控制电路302包括逆变器输入电压指令运算部分60、电压指令变化率设定部分62、反馈电压指令运算部分64、用于变换器的占空比运算部分66和用于变换器的PWM信号变换部分68。
逆变器输入电压指令运算部分60基于来自外部ECU的转矩指令值TR和电动机转数MRN进行运算以获得逆变器14的输入电压的最佳值(目标值)(即，升压变换器12的目标电压Vdc_com)。逆变器输入电压指令运算部分60然后将所获得的目标电压Vdc_com输出到电压指令变化率设定部分62。
当从逆变器输入电压指令运算部分60接收目标电压Vdc_com时，电压指令变化率设定部分62通过后述的方法设定控制时刻之间电压指令值Vdc_stp的变化率(其表示是增大比率或者减小比率，以下相同)。
此处所使用的“控制时刻”表示与变换器控制电路302的控制周期同步的时刻。注意，“控制周期”对应于变换器控制电路302将输出电压Vm设定为电压指令值Vdc_stp所需的时段。即，在每个控制时刻，在升压变换器12的目标电压Vdc_com被设定为最终值的情况下，电压指令值Vdc_stp逐渐变化(增大或者减小，以下相同)。
然后，电压指令变化率设定部分62根据设定的变化率进行运算以获得在每个控制时刻的电压指令值Vdc_stp，并将所获得的电压指令值Vdc_stp输出到反馈电压指令运算部分64。
反馈电压指令运算部分64从电压传感器13接收升压变换器12的输出电压Vm，并从电压指令变化率设定部分62接收电压指令值Vdc_stp。反馈电压指令运算部分64然后基于输出电压Vm与电压指令值Vdc_stp的偏差进行运算以获得用于将输出电压Vm设定为电压指令值Vdc_stp的反馈电压指令值Vdc_stp_fb，并将所获得的反馈电压指令值Vdc_stp_fb输出到用于变换器的占空比运算部分66。
用于变换器的占空比运算部分66从电压传感器10接收DC电压Vb，并从电压传感器13接收输出电压Vm。用于变换器的占空比运算部分66基于DC电压Vb、输出电压Vm和反馈电压指令值Vdc_stp_fb进行运算以获得用于将输出电压Vm设定为反馈电压指令值Vdc_stp_fb的占空比DR，并基于所获得的占空比DR产生用于打开/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2的信号PWC。然后，用于变换器的占空比运算部分66将所产生的信号PWC输出到升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2。
这样，升压变换器12将DC电压Vb变换成输出电压Vm，以将输出电压Vm设定为电压指令值Vdc_stp。反馈电压指令运算部分64和用于变换器的占空比运算部分66基于在每个控制时刻逐渐增大或者减小的电压指令值Vdc_stp重复如上所述的一系列控制，直到输出电压Vm变成目标电压Vdc_com。
在以上所述对升压变换器12的控制中，根据本发明的变换器控制电路302的特征在于基于当前控制时刻的电压指令值Vdc_stp的大小来设定控制时刻之间的电压指令值Vdc_stp的变化率。
因而，电压指令值Vdc_stp的变化率变成能够与每个控制时刻的电压指令值Vdc_stp的大小相对应地变化的可变值。然后，变换器控制电路302控制升压变换器12以允许输出电压Vm跟随以可变的变化率变化的电压指令值Vdc_stp。
因此，根据本发明的变换器控制电路302与上述传统的电压比率电路的不同之处在于在设定用于使电压指令值Vdc_stp变化的变化率中没有考虑输出电压Vm的检测值。利用这样的不同，如下所述，根据本发明的变换器控制电路302获得高控制响应能力。结果，能够避免输出电压Vm的过冲，并能够保护电容器C2和逆变器14以避免过载。
现在将详细描述由图4所示的电压指令变化率设定部分62进行的用于电压指令值Vdc_stp的变化率的设定操作。
为了比较，首先考虑在应用了基于输出电压Vm的检测值来控制电压指令值Vdc_stp的变化率的传统变换器控制电路的情况下输出电压Vm的变化。在以下描述中，采用上述日本专利公开No.2003-259689的电压比率电路作为传统的变换器控制电路。
通过采用日本专利公开No.2003-259689的电压比率电路，基于输出电压Vm的检测值和电压指令值Vdc_stp之间的差值设定电压指令值Vdc_stp的变化率。更具体地，当输出电压Vm和电压指令值Vdc_stp之间的差值大于预定范围时，将电压指令值Vdc_stp的变化率暂时设定为零。然后，当输出电压Vm和电压指令值Vdc_stp之间的差值返回到预定范围时，将变化率再次设定为预定的值。
图5示出了通过应用传统的变换器控制电路而获得的电压指令值Vdc_stp、输出电压Vm和DC电压Vb的输出波形。
参照图5，当在驱动AC电动机M1期间从外部ECU接收到转矩指令值TR时，传统的变换器控制电路在时刻t＝t0开始电压变换操作以使输出电压Vm与目标电压Vdc_com一致。
在此情况下，电压比率电路基于波形k1表示的电压指令值Vdc_stp和波形k2表示的输出电压Vm之间的、在预定的范围内的差值而以恒定的变化率(对应于时刻t0和t1之间的波形k1的斜率)增大电压指令值Vdc_stp。然后，当电压指令值Vdc_stp和输出电压Vm之间的差值超出预定范围时，电压比率电路暂时将变化率设定为零，直到差值返回到预定的范围。
但是，随着输出电压Vm增大到接近目标电压Vdc_com的值，电压比率电路中的输出电压Vm有时不能跟随电压指令值Vdc_stp，因而在波形k2中会发生过冲。
输出电压Vm发生过冲的一个原因是因为电压比率电路检测输出电压Vm并将电压指令值Vdc_stp的变化率设定为预定值或者零而发生的控制响应能力的延迟。此外，在图5所示的情况下，当输出电压Vm变成比电压指令值Vdc_stp高了比预定范围高的值时(即，当检测到输出电压Vm发生过冲时)，电压比率电路将变化率设定为零，这使得难以防止过冲。
输出电压Vm的这种过冲导致了对AC电动机M1的控制的故障，并还对电容器C2和逆变器14施加过大的负担。尤其是，当在电动机驱动装置100中，目标电压Vdc_com约为最高电压Vmax时(对应于考虑到电路构造而允许输入的最高电压)，超过诸如电容器C2和逆变器14之类的电路元件的额定电压的输出电压Vm对这些元件造成损害。在电动机驱动装置中，考虑到输出电压Vm的这样的过冲，诸如电容器C2或者逆变器14之类的电路元件通常形成有额定电压比较高的部分以使其耐压特性具有余量。这导致了电动机驱动装置的尺寸的增大和成本的增大。
因而，根据本发明的变换器控制电路302具有允许电压指令值Vdc_stp的变化率与在当前控制时刻的电压指令值Vdc_stp的大小相对应地可变以抑制输出电压Vm过冲的结构。即，在设定电压指令值Vdc_stp中没有考虑输出电压Vm。
图6是用于描述根据本发明的电压指令值Vdc_stp的设定操作的示意图。
参照图6，当从逆变器输入电压指令运算部分60接收到目标电压 Vdc_com时，变换器控制电路302的电压指令变化率设定部分62设定比目标电压Vdc_com低的规定电压作为阈值Vdc_th。然后，电压指令变化率设定部分62设定控制时刻之间的电压指令值Vdc_stp的变化率以使电压指令值Vdc_stp根据波形k4变化。
更具体地，当在时刻t＝t0时开始电压变换操作时，电压指令变化率设定部分62在将变化率的绝对值设定为规定值R1(对应于时刻t0和t2之间的、波形k4的斜率)的情况下使电压指令值Vdc_stp变化。当电压指令值Vdc_stp在时刻t2达到阈值Vdc_th时，变化率的绝对值变化到小于规定值R1的值R2(对应于时刻t2和t3之间的、波形k4的斜率)。这样，在时刻t3电压指令值Vdc_stp与目标电压Vdc_com一致之前的时段，电压指令值Vdc_stp以比先前时段内的变化率R1低的变化率R2变化。
基于变换器控制电路302的控制周期来设定电压指令值Vdc_stp的变化率R1，以防止对负载的响应时间延迟的发生。此外，变化率R2被设定为确保输出电压Vm对电压指令值Vdc_stp的跟随能力的值。每个变化率R1、R2是基于变换器控制电路302的处理速度、升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2的开关速度、转矩指令值TR的变化速度等来设定的，并预先存储在电压指令变化率设定部分62中。
此外，图6所示的时刻t0和t2之间的变化率的绝对值可以至多变化到与电压指令值Vdc_stp相对应的变化率R1的值。而且，时刻t2和t3之间的变化率的绝对值可以至多变化到与电压指令值Vdc_stp相对应的变化率R2的值。
此外，如图6所示，阈值Vdc_th理想地被设定为接近目标电压Vdc_com的电压，并被设定成低于目标电压Vdc_com。这是为了获得抑制输出电压Vm的过冲并减小电动机控制的响应时段两者的目的。
图7示出了通过应用根据本发明的变换器控制电路获得的电压指令值Vdc_stp、输出电压Vm和DC电压Vb的输出波形。
参照图7，如波形k4所示，电压指令值Vdc_stp从作为初始值的电压Vb以变化率R1增大，然后当电压指令值Vdc_stp变成高于比目标电压Vdc_com低的阈值Vth时以更低的变化率R2增大。如波形k5所示，输出 电压Vm被控制成跟随电压指令值Vdc_stp的这种增大，并没有过冲地达到目标电压Vdc_com。
根据本发明，由于输出电压Vm被稳定地控制，直到输出电压Vm达到目标电压Vdc_com，所以能够保护作为负载的电容器C2和逆变器14以避免过电压。因而，传统的那种考虑到过电压而形成有额定电压比较高的部分的负载能够用额定电压更低的小而便宜的部分来形成。结果，能够实现电动机驱动装置的尺寸减小和成本降低。
图8是用于描述控制图1所示的升压变换器12的操作的流程图。
参照图8，当开始一系列操作时，逆变器输入电压指令运算部分60基于来自外部ECU的转矩指令值TR和电动机转数MRN进行运算以获得逆变器14的输入电压的目标值(目标电压Vdc_com)(步骤S101)。逆变器输入电压指令运算部分60然后将所获得的目标电压Vdc_com输出到电压指令变化率设定部分62。
当接收到目标电压Vdc_com时，在将目标电压Vdc_com设定为最终值的情况下，电压指令变化率设定部分62设定能够对于每个控制时刻而变化的、电压指令值Vdc_stp的变化率(步骤S02)。电压指令变化率设定部分62然后基于所设定的变化率进行运算以获得每个控制时刻的电压指令值Vdc_stp(步骤S03)。电压指令变化率设定部分62将所获得的电压指令值Vdc_stp输出到反馈电压指令运算部分64。
当反馈电压指令运算部分64从电压传感器13接收到升压变换器12的输出电压Vm并从电压指令变化率设定部分62接收到电压指令值Vdc_stp时，反馈电压指令运算部分64基于输出电压Vm与电压指令值Vdc_stp的偏差进行运算以获得用于将输出电压Vm设定为电压指令值Vdc_stp的反馈电压指令值Vdc_stp_fb，并将所获得的反馈电压指令值Vdc_stp_fb输出到用于变换器的占空比运算部分66(步骤S04)。
用于变换器的占空比运算部分66还从电压传感器10接收DC电压Vb，并从电压传感器13接收输出电压Vm。用于变换器的占空比运算部分66基于DC电压Vb、输出电压Vm和反馈电压指令值Vdc_stp_fb进行运算以获得用于将输出电压Vm设定为反馈电压指令值Vdc_stp_fb的占空 比DR(步骤S05)。
用于变换器的PWM信号变换部分68基于所获得的占空比DR产生用于打开/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2的信号PWC，并将所产生的信号PWC输出到升压变换器12的NPN晶体管Q1、Q2(步骤S06)。
这样，升压变换器12将DC电压Vb变换成输出电压Vm，以将输出电压Vm设定为电压指令值Vdc_stp。反馈电压指令运算部分64和用于变换器的占空比运算部分66基于每个控制时刻逐渐增大或者减小的电压指令值Vdc_stp来重复如上所述的一系列控制，直到输出电压Vm变成目标电压Vdc_com(步骤S07)。
图9是用于描述图8所示的步骤S02中的详细操作的的流程图。
参照图9，电压指令变化率设定部分62从逆变器输入电压指令运算部分60接收目标电压Vdc_com(步骤S10)，并将阈值Vdc_th设定成低于目标电压Vdc_com(步骤S11)。
然后，电压指令变化率设定部分62判定在当前的控制时刻的电压指令值Vdc_stp是否至多为阈值Vdc_th(步骤S12)。
当在步骤S12中判定电压指令值Vdc_stp至多为阈值Vdc_th时，电压指令变化率设定部分62将变化率的绝对值设定为预先存储的第一值R1(步骤S13)。然后，基于所设定的变化率R1进行运算以获得在下一次控制时刻的电压指令值Vdc_stp。
另一方面，当在步骤S12判定电压指令值Vdc_stp高于阈值Vdc_th时，电压指令变化率设定部分62将变化率的绝对值设定为低于第一值R1的第二值R2(步骤S14)。然后，基于所设定的变化率R2进行运算以获得下次控制时刻的电压指令值Vdc_stp。
在每个控制时刻重复步骤S12-S14所表示的一系列操作，直到在步骤15电压指令值Vdc_stp达到目标电压Vdc_com。
如上所述，根据本发明的实施例，由于电压指令变化率设定部分62基于当前控制时刻的电压指令值Vdc_stp设定变化率，与其中基于输出电压Vm的检测值来控制变化率的传统变换器控制电路相比能够获得高的控 制响应能力。结果，能够抑制输出电压Vm的过冲。
此外，由于输出电压Vm被稳定地控制，直到输出电压Vm达到目标电压Vdc_com，所以作为负载的电容器C2和逆变器14能够被保护以避免过电压。因而，传统那种考虑到过电压而形成有额定电压比较高的部分的负载能够用额定电压更低的小而便宜的部分来形成。结果，能够实现电动机驱动装置的尺寸减小和成本降低。
而且，由于基于电压指令值Vdc_stp设定变化率，所以与传统的变换器控制电路相比能够更精确地确定从开始电压变换操作的时刻到输出电压到达目标电压Vdc_com的时刻之间的时段，在传统的变换器控制电路中基于输出电压Vm的检测值设定变化率。结果，能够管理电动机控制的响应时段。
工业应用性
本发明能够应用到安装在车辆上的电动机驱动装置。
Claims (4)
1.一种电压变换装置，其包括：
电压变换器(12)，其在电源(B)和驱动负载的驱动电路(14)之间对DC电压进行变换；以及
控制电路(30)，其控制所述电压变换器(12)，以使所述电压变换器(12)的输出电压与由所述负载的需求输出所确定的目标电压一致；其中，
所述控制电路(30)包括
电压指令运算部分，其在将所述目标电压设定为最终值的情况下进行运算，以获得电压指令值，以及
电压变换控制部分，其控制所述电压变换器(12)，使得所述输出电压与对于每个控制时刻所获得的所述电压指令值一致；并且
所述电压指令运算部分能够与当前控制时刻的所述电压指令值的大小相对应地改变所述电压指令值的变化率。
2.根据权利要求1所述的电压变换装置，还包括：
电容元件(C2)，其布置在所述电压变换器(12)和所述驱动电路(14)之间，并且用于对所变换的所述DC电压进行平滑化，并将所得到的电压输入到所述驱动电路。
3.根据权利要求2所述的电压变换装置，其中，
所述电压指令运算部分具有被设定成低于所述目标电压的规定阈值，并且，当所述电压指令值至多为所述阈值时，在将所述变化率的绝对值设定为第一值的情况下进行运算，以获得所述电压指令值，并当所述电压指令值变成大于所述阈值时，在将所述变化率的绝对值设定为比所述第一值低的第二值的情况下进行运算，以获得所述电压指令值。
4.根据权利要求3所述的电压变换装置，其中，
所述阈值低于允许输入到所述负载的最高电压。
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