CN103368386A - 电压转换装置的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电压转换装置的控制装置能够准确检测出电压转换装置的电抗器电流的平均值。电压转换装置的控制装置（30）控制通过择一地接通与电抗器（L1）分别串联连接的第一开关元件（Q1）和第二开关元件（Q2）能够实现仅由第一臂和第二臂中的任一个臂进行的单臂驱动的电压转换装置（12）。电压转换装置的控制装置具备：检测电抗器电流（IL）的电流检测单元（18、310）；使用所检测出的电抗器电流以对第一开关元件和第二开关元件各自的通断进行切换的门信号（PWC）的周期为单位推定电抗器电流的平均值（aveIL）的平均值推定单元（330）；及基于所推定的电抗器电流平均值来控制电压转换装置的动作的控制单元（350）。

Description

电压转换装置的控制装置

技术领域

本发明涉及例如搭载于车辆等的电压转换装置的控制装置的技术领域。

背景技术

近年来，作为虑及环境的车辆，搭载蓄电装置（例如二次电池或电容器等）并使用由蓄积在蓄电装置中的电力产生的驱动力而行驶的电动车辆受到关注。该电动车辆中包含例如电动汽车、混合汽车、燃料电池车等。

这些电动车辆中，有时具备电动发电机，该电动发电机用于在启动时或加速时从蓄电装置接收电力而产生用于行驶的驱动力，并在制动时由再生制动进行发电而将电能蓄积在蓄电装置中。如此，为了根据行驶状态来控制电动发电机，在电动车辆上搭载逆变器。

这样的车辆中，有时为了稳定地供给根据车辆状态而变动的逆变器所利用的电力，在蓄电装置和逆变器之间设置电压转换装置（转换器）。通过该转换器能够使逆变器的输入电压高于蓄电装置的输出电压，能够实现电动机的高输出化，并且通过降低同一输出时的电动机电流，能够实现逆变器和电动机的小型化、低成本化。

并且，为了进一步提高电动车辆的耗油率，降低该转换器的损失，提高效率是重要的。因此，例如专利文献1至3中，提出了仅以单臂对升压转换器进行开关驱动的技术。根据这样的技术，能够使转换器的损失降低与电流脉动减少对应的量。

专利文献1：日本特开2011-120329号公报

专利文献2：日本特开2006-074932号公报

专利文献3：国际公开2010-137127号公报

发明内容

转换器基于电抗器中流动的电流的平均值而被控制其动作。但是，进行上述单臂驱动的情况下，与正电流对应的臂被驱动时不能通负电流，与负电流对应的臂被驱动时不能通正电流。因此，当电抗器电流在零附近时，难以由通常的方法求得电抗器电流的平均值。

具体而言，电抗器电流的平均值通过例如在与生成切换开关元件的通断的门信号用的载波信号相应的定时来对电抗器电流进行采样而检测出。这利用了载波信号的波峰和波谷处于开关元件的切换定时（换言之为电抗器电流的波峰和波谷）的大致中间地点。

相对于此，进行单臂驱动的情况下，由于仅能以任一方的极性来通电流，所以电抗器电流为零附近时进行非线性的控制。因此，载波信号的波峰和波谷从开关元件的切换定时的中间地点偏离。由此，即使以基于载波信号的定时来对电抗器电流进行采样，也不能推定准确的平均值。

如以上所示，在上述专利文献1至3中记载的单臂驱动中，存在难以在零附近准确检测出电抗器电流的平均值的技术问题。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其以提供一种在进行单臂驱动的电压转换装置中能够高精度推定电抗器电流的平均值的电压转换装置的控制装置为课题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电压转换装置的控制装置，所述电压转换装置通过择一地接通分别与电抗器串联连接的第一开关元件和第二开关元件，能够实现仅由包含所述第一开关元件而构成的第一臂和包含所述第二开关元件而构成的第二臂中的任一臂进行的单臂驱动，其特征在于，所述电压转换装置的控制装置具备：电流检测单元，检测作为流经所述电抗器的电流的电抗器电流；平均值推定单元，使用所检测出的所述电抗器电流，以对所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的通断进行切换的门信号的周期为单位来推定所述电抗器电流的平均值；以及控制单元，基于所推定的所述电抗器电流的平均值控制所述电压转换装置的动作。

本发明的电压转换装置是例如搭载于车辆的转换器，具备分别与电抗器串联连接的第一开关元件和第二开关元件。作为第一开关元件和第二开关元件例如能够使用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管）、电力用MOS（Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体）晶体管或者电力用双极晶体管等。

另外，第一开关元件和第二开关元件各自例如并列连接有二极管，分别形成第一臂和第二臂。即、第一开关元件形成第一臂，通过其开关动作，能够切换第一臂的驱动的通断。同样地，第二开关元件形成第二臂，通过其开关动作，能够切换第二臂的驱动的通断。

另外，本发明的电压转换装置特别是通过进行控制以使第一开关元件和第二开关元件择一地接通，能够实现仅由包含第一开关元件而构成的第一臂和包含第二开关元件而构成的第二臂中的任一臂进行的单臂驱动。

进行单臂驱动时，例如基于应输出的电压值或电流值等来判定应由第一臂和第二臂中的哪一个臂来进行单臂驱动。更具体地，例如在与电压转换装置连接的电动发电机进行再生动作的情况下选择由第一臂进行的单臂驱动，进行牵引动作的情况下选择由第二臂进行的单臂驱动。如此，在单臂驱动时，能够适当切换第一臂的单臂驱动和第二臂的单臂驱动。

本发明的电压转换装置的控制装置是控制上述的电压转换装置的动作的装置，能够采用：例如可适当包含一个或多个CPU（CentralProcessing Unit：中央处理单元）、MPU（Micro Processing UNit：微处理单元）、各种处理器或各种控制器、或者还有ROM（Read OnlyMemory：只读存储器）、RAM（Random Access Memory：随机存储器）、缓冲存储器或闪存存储器等各种存储部件等的、单体或多个ECU（Electronic Controlled Unit：电控单元）等各种处理单元、各种控制器或微控制装置等各种计算机系统等形式。

本发明的电压转换装置的控制装置的动作时，由电流检测单元检测出作为流经电抗器的电流的电抗器电流。电流检测单元例如由设于电抗器周边的电流传感器以及以适当的定时对电抗器电流进行采样的ADC（Analog to Digital Converter：模数转换器）等构成。

如果检测出电抗器电流，那么由平均值推定单元推定电抗器电流的平均值。在此，本发明中特别是，电抗器电流的平均值以对第一开关元件和第二开关元件各自的通断进行切换的门信号的周期为单位来算出。具体地，电抗器电流的平均值作为门信号的一个周期的期间（例如从门信号的上升定时到下一上升定时为止的期间）内的平均值而算出。

作为电抗器电流的平均值的推定方法例如也可以考虑基于载波信号对电抗器电流进行采样而算出的方法。但是，进行单侧臂驱动的情况下，由于只要不切换臂，就仅能够以任一方的极性来通电流，所以可能产生载波信号与电抗器电流的对应关系不同于进行通常的驱动（即、非单臂驱动的驱动）时的状况。例如，在单臂驱动中，电抗器电流为零附近的情况下由于进行非线性的控制，所以电抗器电流会暂时出现周期性的上下混乱。因此，即使假设要基于载波信号算出平均值，进行单臂驱动的情况下，恐怕也不会是准确的值。

而且在本发明中，如上所述，电抗器电流的平均值以门信号的周期为单位推定。在此，门信号的周期与载波信号不同，即使在单臂驱动中，与电抗器电流的对应关系也不会被破坏。更具体地，电抗器电流在门信号的上升定时开始上升，在门信号的下降定时开始下降。因此，只要以门信号的周期为单位算出平均值，则即使在进行单臂驱动的情况下，也能够推定准确的值。

如果算出电抗器电流的平均值，那么通过控制单元进行基于所推定的电抗器电流的平均值的电压转换装置的控制。例如，基于电抗器电流的平均值确定第一开关元件和第二开关元件的占空比。占空比作为占空比信号输出，通过与载波信号比较，生成门信号。根据本发明的电压转换装置的控制装置，由于电抗器电流的平均值被准确地推定，所以能够适当地控制电压转换装置。

本发明的电压转换装置的控制装置的一方式中，所述平均值推定单元具有：第一电流量计算单元，使用从所述电抗器电流成为零的所述门信号的上升定时到下降定时为止的第一期间以及所述下降定时处的所述电抗器电流，算出在所述第一期间流向所述电抗器的第一电流量；零定时计算单元，使用所述下降定时处的所述电抗器电流以及所述下降定时刚过后的所述电抗器电流，算出所述电抗器电流成为零的定时；第二电流量计算单元，使用从所述下降定时到所述电抗器电流成为零的定时为止的第二期间以及所述下降定时处的所述电抗器电流，算出在所述第二期间流向所述电抗器的第二电流量；平均值计算单元，使用所述第一电流量以及所述第二电流量、和所述门信号的一周期量的期间，算出所述电抗器电流的平均值。

根据该方式，推定电抗器电流的平均值时，首先通过第一电流量计算单元算出从电抗器电流成为零的门信号的上升定时到下降定时为止的第一期间流向电抗器的第一电流量。第一电流量计算单元使用第一期间的长度和下降定时处的电抗器电流（换言之为电抗器电流的峰值）来算出第一电流量。更具体地，第一电流量能够作为以第一期间的长度为底边、电抗器电流的峰值为高度的三角形的面积而算出。

接着，通过零定时计算单元算出下降定时刚过后电抗器电流成为零的定时。零定时计算单元使用下降定时处的电抗器电流和下降定时刚过后的电抗器电流来算出电抗器电流的变化率，从而预测电抗器电流成为零的定时。

另外，此处的“下降定时刚过后”是指从下降定时开始经过为了算出上述电抗器电流的变化率而设定的规定期间后的定时，例如被设定为从下降定时开始经过数微秒后的定时。附带说一下，在下降定时刚过后的电抗器电流已经到达零的情况下，由于不能准确算出电抗器电流的变化率，所以优选将上述的规定期间设定为较短的期间。

电流的变化率由于是表示电抗器电流如何下降的值，所以使用下降定时处的电抗器电流的值，能够容易地预测出电抗器电流成为零的定时。

如果电抗器电流成为零的定时被推定，由第二电流量计算单元算出从下降定时到电抗器电流成为零的定时为止的第二期间流向电抗器的第二电流量。第二电流量计算单元使用第二期间的长度和下降定时处的电抗器电流来算出第二电流量。更具体地，第二电流量作为以第二期间的长度为底边、以电抗器电流的峰值为高度的三角形的面积而算出。

另外，第一电流量和第二电流量也作为以从门信号的上升定时到电抗器电流成为零的定时为止的期间（即、第一期间和第二期间之和）为底边、以下降定时处的电抗器电流为高度的三角形的面积而汇总地算出。

如果算出第一电流量和第二电流量，那么通过平均值算出单元算出电抗器电流的平均值。平均值算出单元在第一电流量和第二电流量的基础上，使用门信号的一个周期的期间算出电抗器电流的平均值。更具体地，电抗器电流的平均值能够作为将如上所述作为三角形的面积算出的第一电流量和第二电流量彼此相加所得的值（即在门信号一周期中流动的总电流量）除以门信号的一个周期的期间的长度所得的值（换言之，具有与对应总电流量的三角形相同的面积的、以门信号的一个周期的期间为长度的长方形的高度）而算出。

根据上述的结构，即使在进行单臂驱动的情况下，也能够将电抗器电流的平均值容易且作为准确的值算出。

使用上述第一电流量和第二电流量算出电抗器电流的平均值的方式中，也可以构成为，具备：第二平均值推定单元，将所述门信号的上升定时处的电抗器电流以及下降定时处的电抗器电流的中间值推定为所述电抗器电流的平均值；电流值预测单元，使用所述下降定时处的所述电抗器电流以及所述下降定时刚过后的所述电抗器电流，预测下一上升定时处的电抗器电流；以及切换单元，基于所预测出的所述电抗器电流，对使用所述平均值推定单元以及所述第二平均值推定单元中的哪一个进行切换。

这种情况下，在上述的平均值推定单元（即、使用第一电流量和第二电流量推定电抗器电流的平均值的单元）的基础上，还具备将门信号的上升定时处的电抗器电流和下降定时处的电抗器电流的中间值推定为电抗器电流的平均值的第二平均值推定单元，所以推定电抗器电流的平均值时，能够选择使用任一个推定单元。

推定电抗器电流的平均值时，首先通过电流值预测单元，使用下降定时处的电抗器电流和下降定时刚过后的电抗器电流，预测下一下降定时处的电抗器电流。即、通过与上述的零定时计算单元同样地使用电流的变化率的方法，预测下一上升定时处的电抗器电流。另外，此处的“下一上升定时”是指对电抗器电流进行采样的下降定时刚过后的上升定时。

如果下一上升定时处的电抗器电流被预测出，那么通过切换单元，基于所预测出的电抗器电流，对使用平均值推定单元和第二平均值推定单元中的哪一个进行切换。在此，平均值推定单元即使在如上所述进行单臂驱动的情况下也能够准确推定电抗器电流的平均值，但在最初的上升定时处电抗器电流不为零的情况下不适用。另一方面，第二平均值推定单元在电抗器电流为零的情况下不能准确推定电抗器电流的平均值，但如果是电抗器电流不为零的情况那么能够准确推定电抗器电流的平均值。

如上所述，平均值推定单元和第二平均值推定单元其可适用范围不同。因此，如果基于上升定时处的电抗器电流来对使用哪个推定单元进行切换，则能够选择与条件相应的适当的推定单元，能够更恰当地推定电抗器电流的平均值推定单元。

本发明的作用和其他优势根据下面说明的用于实施发明的方式将变得明显。

附图说明

图1是表示搭载有第一实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结构的概略图。

图2是表示双臂驱动时的电流值的变动的线图。

图3是表示下臂驱动时的电流的流向的概念图。

图4是表示上臂驱动时的电流的流向的概念图。

图5是表示单臂驱动时的电流值的变动的线图。

图6是表示第一实施方式的ECU的结构的框图。

图7是表示第一实施方式的平均电抗器电流推定电路的结构的框图。

图8是表示第一实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。

图9是表示下臂驱动时的平均电抗器电流的推定方法的线图。

图10是表示上臂驱动时的平均电抗器电流的推定方法的线图。

图11是表示第二实施方式的ECU的结构的框图。

图12是表示第二实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。

图13是表示下臂驱动时的推定单元的切换判定方法的线图。

图14是表示上臂驱动时的推定单元的切换判定方法的线图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

<第一实施方式>

首先，关于搭载第一实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结构，参照图1进行说明。在此，图1是表示搭载本实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结构的概略图。

在图1中，搭载本实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆100构成以发动机40和电动发电机MG1和MG2为动力源的混合动力车辆。但是，车辆100的结构不限于此，也能够适用于能够通过来自蓄电装置的电力而行驶的车辆（例如、电动汽车或燃料电池汽车）等。另外，本实施方式中，对于电压转换装置的控制装置搭载于车辆100上的结构进行说明，但是除了车辆外，只要是由交流电动机驱动的设备都能够适用。

车辆100具备直流电压产生部20、负载装置45、平滑电容器C2、ECU30而构成。

直流电压产生部20包含蓄电装置28、系统继电器SR1、SR2、平滑电容器C1和转换器12。

蓄电装置28包含例如镍氢或锂离子等二次电池、双电荷层电容器等蓄电装置而构成。另外，蓄电装置28输出的直流电压VL由电压传感器10检测出。并且，电压传感器10将检测出的直流电压VL的检测值输出给ECU30。

系统继电器SR1连接在蓄电装置28的正极端子和电力线PL1之间，系统继电器SR2连接在蓄电装置28的负极端子和接地线NL之间。系统继电器SR1、SR2由来自ECU30的信号SE控制，切换电力从蓄电装置28向转换器12的供给和切断。

转换器12是本发明的“电压转换装置”的一例，包含电抗器L1、开关元件Q1、Q2、二极管D1、D2。开关元件Q1和Q2是本发明的“第一开关元件”和“第二开关元件”的一例，串联连接在电力线PL2和接地线NL之间。开关元件Q1和Q2由来自ECU30的门信号PWC控制。

开关元件Q1和Q2例如能够使用IGBT、电力用MOS晶体管或电力用双极晶体管等。对开关元件Q1、Q2配置反并联二极管D1、D2。电抗器L1设于开关元件Q1和Q2的连接节点和电力线PL1之间。另外，平滑电容器C2连接在电力线PL2和接地线NL之间。

电流传感器18是本发明的“电流检测单元”的一例，检测流经电抗器L1的电抗器电流，将其检测值IL输出给ECU30。

负载装置45包含逆变器23、电动发电机MG1、MG2、发动机40、动力分割机构41和驱动轮42。另外，逆变器23包含用于驱动电动发电机MG1的逆变器14和用于驱动电动发电机MG2的逆变器22。另外，不必如图1那样具备两组逆变器和电动发电机，例如也可以仅具备逆变器14和电动发电机MG1、或逆变器22和电动发电机MG2中的任一组。

电动发电机MG1、MG2接收从逆变器23供给的交流电力而产生用于车辆推进的旋转驱动力。另外，电动发电机MG1、MG2从外部接收旋转力，通过来自ECU30的再生转矩指令产生交流电力，并对车辆100产生再生制动力。

另外，电动发电机MG1、MG2经由动力分割机构41也与发动机40连结。并且，发动机40产生的驱动力与电动发电机MG1、MG2产生的驱动力被控制为最佳比率。另外，可以使电动发电机MG1、MG2的任一个专门作为电动机发挥作用，另一个电动发电机专门作为发电机发挥作用。另外，本实施方式中，使电动发电机MG1作为由发动机40驱动的发电机发挥作用，电动发电机M2作为驱动驱动轮42的电动机发挥作用。

动力分割机构41为了将发动机40的动力分给驱动轮42和电动发电机MG1两者而例如使用行星齿轮机构（行星齿轮）。

逆变器14由转换器12接收升压后的电压，例如为了启动发动机40而驱动电动发电机MG1。另外，逆变器14将通过从发动机40传递的机械动力而由电动发电机MG1产生的再生电力输出给转换器12。这时转换器12由ECU30控制以作为降压电路进行动作。

逆变器14并联地设于电力线PL2和接地线NL之间，包含U相上下臂15、V相上下臂16、W相上下臂17而构成。各相上下臂由串联连接在电力线PL2和接地线NL之间的开关元件构成。例如，U相上下臂15由开关元件Q3、Q4构成，V相上下臂16由开关元件Q5、Q6构成，W相上下臂17由开关元件Q7、Q8构成。另外，相对于开关元件Q3～Q8分别连接反并联二极管D3～D8。开关元件Q3～Q8由来自ECU30的门信号PWI控制。

例如电动发电机MG1是三相的永磁同步发动机，U、V、W相的三个线圈的一端共通连接在中性点上。另外，各相线圈的另一端与各相上下臂15～17的开关元件的连接节点连接。

逆变器22相对于转换器12与逆变器14并联连接。

逆变器22将转换器12所输出的直流电压转换为三相交流而对驱动驱动轮42的电动发电机MG2输出。另外，逆变器22将伴随再生控制而在电动发电机MG2发电产生的再生电力输出给转换器12。这时，转换器12由ECU30控制以作为降压电路进行动作。逆变器22的内部的结构未图示，但是与逆变器14相同，关于其详细说明省略。

转换器12基本上被控制成在各开关周期内开关元件Q1和Q2相辅且交替地接通断开。转换器12在升压动作时将从蓄电装置28供给的直流电压VL升压为直流电压VH（将与向逆变器14输入的输入电压相当的该直流电压以下也称作“系统电压”）。该升压动作通过将在开关元件Q2接通期间蓄积于电抗器L1的电磁能经由开关元件Q1和反并联二极管E1向电力线PL2供给而进行。

另外，转换器12在降压动作时将直流电压VH降压为直流电压VL。该降压动作通过将在开关元件Q1接通期间蓄积于电抗器L1的电磁能经由开关元件Q2和反并联二极管D2向接地线NL供给来进行。

这些升压动作和降压动作的电压转换比（VH和VL的比）由上述开关周期中的开关元件Q1、Q2的接通期间比（占空比）控制。另外，如果使开关元件Q1和Q2分别固定为接通和断开，那么也能够使得VH＝VL（电压转换比＝1.0）。

平滑电容器C2使来自转换器12的直流电压平滑化，将该平滑化的直流电压向逆变器23供给。电压传感器13检测出平滑电容器C2两端的电压即系统电压VH，将该检测值向ECU30输出。

逆变器14在电动发电机MG1的转矩指令值为正（TR1＞0）的情况下，当从平滑电容器C2供给直流电压时通过响应来自ECU30的门信号PWI1的、开关元件Q3～Q8的开关动作将直流电压转换为交流电压而以输出正转矩的方式驱动电动发电机MG1。另外，逆变器14在电动发电机MG1的转矩指令值为零的情况下（TR1＝0），通过响应门信号PWI1的开关动作将直流电压转换为交流电压而以转矩为零的方式驱动电动发电机MG1。由此，电动发电机MG1被驱动以产生由转矩指令值TR1指定的零或正的转矩。

另外，车辆100的再生制动时，电动发电机MG1的转矩指令值TR1被设定为负（TR1＜0）。这种情况下，逆变器14通过响应门信号PWI1的开关动作将电动发电机MG1发电产生的交流电压转换为直流电压，将该转换的直流电压（系统电压）经由平滑电容器C2向转换器12供给。另外，在此所说的再生制动包含：存在由驾驶电动车辆的驾驶员进行的脚制动器操作的情况下的伴随再生发电的制动、以及虽然没有操作脚制动器但行驶中断开加速踏板而一边进行再生发电一边使车辆减速（或加速的中止）的情况。

关于逆变器22也同样地接收与电动发电机MG2的转矩指令值对应的来自ECU30的门信号PWI2，通过响应门信号PWI2的开关动作将直流电压转换为交流电压而以形成规定的转矩的方式驱动电动发电机MG2。

电流传感器24、25检测出流向电动发电机MG1、MG2的电动机电流MCRT1、MCRT2，将该检测出的电动机电流向ECU30输出。另外，由于U相、V相、W相各相电流的瞬时值之和为零，所以如图1所示，电流传感器24、25只要配置成能够检测出两相的电动机电流即足够。

旋转角度传感器（分解器）26、27检测出电动发电机MG1、MG2的旋转角度θ1、θ2，将该检测出的旋转角度θ1、θ2向ECU30送出。在ECU30中，基于旋转角度θ1、θ2，能够算出电动发电机MG1、MG2的旋转速度MRN1、MRN2以及角速度ω1、ω2（rad/s）。另外，也可以通过由ECU30根据电动机电压或电流直接运算旋转角度θ1、θ2而不配置旋转角度传感器26、27。

ECU30是本发明的“电压转换装置的控制装置”的一例，例如包含CPU（Central Processing Unit：中央处理单元）、存储装置以及输入输出缓冲器，控制车辆100的各设备。另外，关于ECU30进行的控制，不限于软件进行的处理，也能够由专用的硬件（电子电路）构筑而进行处理。

作为代表性的功能，ECU30基于所输入的转矩指令值TR1、TR2、由电压传感器10检测出的直流电压VL、由电压传感器13检测出的系统电压VH以及来自电流传感器24、25的电动机电流MCRT1、MCRT2、来自旋转角度传感器26、27的旋转角度θ1、θ2等，控制转换器12和逆变器23的动作，以使电动发电机MG1、MG2按照转矩指令值TR1、TR2输出相应的转矩。即、生成用于如上所述控制转换器12和逆变器23的门信号PWC、PWI1、PWI2并分别向转换器12和逆变器23输出。

转换器12的升压动作时，ECU30反馈控制系统电压VM，生成门信号PWC以使系统电压VM与电压指令值一致。

另外，ECU30当车辆100进入再生制动模式时生成门信号PWI1、PWI2并向逆变器23输出以将由电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压转换为直流电压。由此，逆变器23将由电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压转换为直流电压并向转换器12供给。

另外，ECU30当车辆100进入再生制动模式时生成门信号PWC并向转换器12输出以使从逆变器23供给的直流电压降压。由此，电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压被转换为直流电压，进而被降压而提供给蓄电装置28。

接着，关于转换器12动作时的电流变动，参照图2至图5进行说明。在此，图2是表示双臂驱动时的电流值的变动的线图。另外图3是表示下臂驱动时的电流的流向的概念图，图4是表示下臂驱动时的电流的流向的概念图。图5是表示单臂驱动时的电流值的变动的线图。

图2中，转换器12进行双臂驱动（即、使开关元件Q1、Q2两者处于接通的驱动）的情况下，作为切换开关元件Q1通断的门信号的PWC1、以及作为切换开关元件Q2通断的门信号的PWC2分别被提供给开关元件Q1、Q2，从而控制电抗器电流IL的值。

另外，在进行双臂驱动时，能够分别通过开关元件Q1、Q2来通正电流和负电流，所以即使在例如图中所示的跨0的电流控制中，也能够进行与通常同样的控制。

在图3和图4中，本实施方式的转换器12，在上述双臂驱动的基础上，还能够实现仅使开关元件Q1和Q2的任一方接通的单臂驱动。具体而言，在牵引时，进行仅使开关元件Q2接通的下臂驱动。这种情况下，如图3所示，流向开关元件Q1侧的电流经由二极管D1流动，流向开关元件Q2侧的电流经由开关元件Q2流动。另一方面，在再生时，进行仅使开关元件Q2接通的下臂驱动。这种情况下，如图4所示，流向开关元件Q1侧的电流经由开关元件Q1流动，流向开关元件Q2侧的电流经由二极管D2流动。

根据单臂驱动，由于仅使开关元件Q1和Q2中的任一个接通，所以不需要为了防止开关元件Q1和Q2短路而设定的失效时间。由此，例如即使在伴随装置的小型化而谋求高频化的情况下，也能够防止转换器12的升压性能降低。

在图5中，进行下臂驱动的牵引时（即电抗器电流IL为正的情况下），不供给作为切换开关元件Q1通断的门信号的PWC1，而仅供给作为切换开关元件Q2的通断的门信号的PWC2。另外，在进行上臂驱动的再生时（即电抗器电流IL为负的情况下），仅供给作为切换开关元件Q1的通断的门信号的PWC1，而不供给作为切换开关元件Q2的通断的门信号的PWC2。

在此特别是，由于在进行下臂驱动时不能通负电流，所以电抗器电流IL的下限濒临零的情况下，要求变更作为门信号的PWC2的占空比率，进行非线性的控制。同样地，由于在进行上臂驱动时不能通正电流，所以电抗器电流IL的上限濒临零的情况下，要求变更作为门信号的PWC1的占空比率，进行非线性的控制。即，在进行单臂驱动时，电抗器电流IL接近零的情况下，要求与通常不同的比较复杂的控制。

本实施方式的电压转换装置的控制装置目的在于在上述的单臂驱动时准确推定零附近的电抗器电流IL的平均值。

接着，参照图6说明作为本实施方式的电压转换装置的控制装置的ECU30的具体结构。在此，图6是表示第一实施方式的ECU的结构的框图。另外，在图6中，为了方便说明，仅表示ECU30所具备的各部位中与本实施方式密切关联的部位，关于其他详细部位，适当地省略图示。

在图6中，ECU30具备ADC310、电压控制部320、平均电抗器电流推定电路330、电流控制部340、门信号输出电路350和载波信号输出部360而构成。

ADC310是本发明的“电流检测单元”的一例，在多个定时采样电抗器电流IL的值，并向平均电抗器电流推定电路330输出。另外，ADC310采样输入电压VL（即由电压传感器10检测出的升压前的电压值）和输出电压VH（即由电压传感器13检测出的升压后的电压值）的各个电压，并分别向电压控制部320输出。另外，ADC310的采样定时基于从门信号输出电路350输入的表示有源开关元件的信号确定。关于ADC310的具体采样定时，在后面详述。

电压控制部320基于在ADC310中采样而得到的输出电压VH和输入电压VL计算电压偏差，算出电抗器电流指令值ILREF。算出的电抗器电流指令值ILREF向电流控制部340输出。

平均电抗器电流推定电路330是本发明的“平均值推定单元”的一例，推定电抗器电流IL的平均值aveIL。由平均电抗器电流推定电路330推定而得到的电抗器电流IL的平均值aveIL被输出给电流控制部340，用于反馈控制。关于电抗器电流的平均值aveIL的具体推定方法，在后面详述。

电流控制部340基于从电压控制部320输入的电抗器电流指令值ILREF和推定的电抗器电流aveIL计算电流偏差，算出开关元件Q1、Q2的占空比指令信号DUTY。算出的占空比指令信号DUTY被输出给门信号输出电路350。

门信号输出电路350是本发明的“控制单元”的一例，基于从电流控制部340输入的占空比指令信号DUTY和在载波信号生成部360中生成的载波信号CR，生成作为开关元件Q1、Q2的门信号的PWC1和PWC2。

载波信号生成部360为了生成门信号PWC1和PWC2而生成规定周期的载波信号CR。载波信号CR被输出给门信号输出电路350。

以上说明的ECU30是包含上述各部位而构成的一体的电子控制单元，上述各部位的动作全部由ECU30执行而构成。但是，本发明的上述部位的物理、机械和电气结构不限于此，例如该各手段也可以作为多个ECU、各种处理单元、各种控制器或微控制装置等各种计算机系统等而构成。

接着，参照图7说明上述ECU30中包含的平均电抗器电流推定电路330的具体结构。在此图7是表示第一实施方式的平均电抗器电流推定电路的结构的电路图。

在图7中，平均电抗器电流推定电路330具备第一电流量计算部331、零定时计算部332、第二电流量计算部333、平均电流计算部334而构成。

第一电流量计算部331是本发明的“第一电流量计算单元”的一例，算出在从电抗器电流IL成为零的门信号PWC的上升定时到下降定时为止的第一期间流到电抗器L1的第一电流量。第一电流量计算部331使用第一期间的长度和门信号PWC的下降定时处的电抗器电流（换言之为电抗器电流的峰值）算出第一电流量。

零定时计算部332是本发明的“零定时计算单元”的一例，算出在门信号PWC的下降定时后电抗器电流IL成为零的定时。零定时计算部332使用门信号PWC的下降定时处的电抗器电流和下降定时刚过后的电抗器电流来算出电抗器电流的变化率，从而预测电抗器电流IL成为零的定时。

第二电流量计算部333是本发明的“第二电流量计算单元”的一例，算出从门信号PWC的下降定时到电抗器电流IL变为零的定时为止的第二期间流到电抗器L1的第二电流量。第二电流量计算部333使用第二期间的长度和门信号PWC的下降定时处的电抗器电流来算出第二电流量。

平均电流计算部334是本发明的“平均值计算单元”的一例，使用第一电流量和第二电流量算出电抗器电流IL的平均值计算单元aveIL。平均电流计算部算出将第一电流量和第二电流量彼此相加所得的值（即在门信号的一个周期中流过的总电流量）除以门信号的一个周期的期间的长度所得的值作为电抗器电流IL的平均值aveIL。

接着，参照图8至图10说明本实施方式的电压转换装置的控制装置的动作。在此、图8是表示第一实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。另外图9是表示下臂驱动时的平均电抗器电流的推定方法的线图，图10是表示上臂驱动时的平均电抗器电流的推定方法的线图。另外，以下详细说明本实施方式特有的平均电抗器电流的算出所涉及的处理，对于其他的一般处理，适当省略说明。

在图8和图9中，本实施方式的电压转换装置的控制装置的动作时，首先通过ADC310以规定的定时对电抗器电流IL进行采样（步骤S101）。具体地，电抗器电流IL在作为门信号PWC2的下降定时的A点以及A点刚过后（例如数微秒后）的B点分别被采样（参照图9）。

接着，通过第一电流量计算部331算出第一电流量W1（步骤S102）。在此，第一电流量W1相当于图9中的电抗器电流IL所构成的三角形ACD中从A点观察为左侧的三角形（即、以从D点到A点为止的期间为底边，以A点处的电抗器电流ILa为高度的三角形）的面积。因此，第一电流量W1能够使用以下的数学式（1）算出。

W1＝（TimA-TimD）×ILa/2···（1）

另外，上述数学式中“TimA”为A点的时刻（即、门信号PWC2的下降定时），“TimD”为D点的时刻（即、门信号PWC2的上升定时）。

接着，通过零定时计算部332算出在门信号PWC2的下降定时后电抗器电流IL成为零的定时（即图中的C点的时刻TimC）（步骤S103）。算出C点的时刻TimC时，首先算出门信号PWC2的下降定时后的电抗器电流IL的变化率di/dt。电抗器电流IL的变化率di/dt能够使用A点的时刻TimA和电流值ILa、以及B点的时刻TimB和电流值ILb由以下的数学式（2）算出。

di/dt＝（ILb-ILa）/（TimB-TimA）···（2）

如果算出电抗器电流IL的变化率di/dt，那么可知电抗器电流IL如何从A点下降，所以能够利用其来算出C点的时刻TimC。C点的时刻TimC能够使用以下的数学式（3）算出。

TimC＝-ILa/di/dt＋TimA···（3）

如果算出TimC，那么通过第二电流量计算部333来算出第二电流量W2（步骤S104）。在此，第二电流量W2相当于图9中的电抗器电流IL所构成的三角形ACD中从A点观察为右侧的三角形（即、以从A点到C点为止的期间为底边、以A点处的电抗器电流ILa为高度的三角形）的面积。因此，第二电流量W2能够使用以下的数学式（4）算出。

W2＝（TimC-TimA）×ILa/2···（4）

如果算出第一电流量W1和第二电流量W2，那么通过平均电流计算部334算出门信号PWC2的一个周期中的电抗器电流IL的平均值aveIL（步骤S105）。算出电抗器电流IL的平均值aveIL时，首先算出在门信号PWC2的一个周期中流过的电抗器电流IL的总电流量Wa。在此，总电流量Wa相当于图9中的三角形ACD的面积。因此，总电流量Wa使用第一电流量W1和第二电流量W2由以下的数学式（5）表示。

Wa＝W1＋W2···（5）

另外，总电流量Wa即便不像以上所述那样作为第一电流量W1和第二电流量W2而分别算出，也可以汇总算出。具体地，能够作为以从D点到C点为止的期间为底边、以A点处的电抗器电流ILa为高度的三角形的面积而算出。由此，总电流量Wa也能够使用以下的数学式（6）算出。

Wa＝（TimC-TimD）×ILa/2···（6）

电抗器电流IL的平均值aveIL如图9所示，能够作为具有门信号PWC2的一周期的长度且面积与三角形ACD相同的长方形SQ的高度而算出。在此，由于三角形ACD的面积为总电流量Wa，所以若门信号PWC2的一个周期的长度为Tpwc2，则aveIL能够使用以下的数学式（7）算出。

aveIL＝Wa/Tpwc2···（7）

如以上所述，在本实施方式的电压转换装置的控制装置中，以门信号PWC的周期为单位来算出电抗器电流IL的平均值aveIL。另外，作为电抗器电流IL的平均值aveIL的推定方法，例如也可以考虑基于载波信号CR对电抗器电流进行采样而算出的方法。但是，在进行单臂驱动的情况下，由于只要不切换臂就仅能以任一方的极性来通电流，所以可能产生载波信号CR和电抗器电流IL的对应关系不同于进行通常驱动（即非单臂驱动的驱动）时的状况。例如，在单臂驱动中，电抗器电流IL为零附近的情况下由于进行非线性的控制，所以电抗器电流IL会暂时出现周期性的上下混乱。因此，即使假设要基于载波信号CR算出平均值aveIL，在进行单臂驱动的情况下，恐怕也不会是准确的值。

相对于此，在本实施方式中，如上所述，电抗器电流IL的平均值aveIL以门信号PWC的周期为单位进行推定。在此，门信号PWC的周期与载波信号CR不同，即使在单臂驱动中，与电抗器电流IL的对应关系也不会被破坏。更具体地，电抗器电流IL在门信号PWC的上升定时开始上升，在门信号PWC的下降定时开始下降。因此，只要以门信号PWC的周期为单位算出平均值aveIL，则即使在进行单臂驱动的情况下，也能够推定准确的值。

另外，在上述的例子中，对进行下臂驱动的情况（即，开关元件Q1始终断开，对开关元件Q2的通断进行切换而进行驱动的情况）作了说明，但是即使在进行上臂驱动的情况下（开关元件Q2始终断开，对开关元件Q1的通断进行切换而进行驱动的情况下），也能够以同样的方法推定电抗器电流IL的平均值aveIL。

具体地，如图9所示，进行下臂驱动的情况下和进行上臂驱动的情况下，电抗器电流IL的极性反转。这样的情况下，也能够通过求解与三角形ADC具有相同面积的长方形SQ的高度，推定电抗器电流IL的平均值aveIL。

返回图8，如果电抗器电流IL的平均值aveIL被推定，那么在电流控制部340中确定开关元件Q1和Q2的占空比（步骤S106）。所确定的占空比作为占空比指令信号DUTY输出给门信号输出电路350。

在门信号输出电路350中，通过比较占空比指令信号DUTY和载波信号，生成门信号PWC（步骤S107）。而且，由该门信号PWC来控制开关元件Q1和Q2的开关（步骤S108）。

如以上所说明，所推定的电抗器电流IL的平均值aveIL用于转换器12的控制。根据本实施方式的电压转换装置的控制装置，如上所述即使进行单臂驱动的情况下也能够准确推定电抗器电流IL的平均值aveIL，因此能够恰当地进行转换器12的控制。

<第二实施方式>

接着，说明第二实施方式的电压转换装置的控制装置。另外，第二实施方式仅一部分结构和动作与上述的第一实施方式不同，其他部分大致相同。因此，以下详细说明与第一实施方式不同的部分，对于重复的部分适当省略说明。

首先，参照图11说明作为第二实施方式的电压转换装置的控制装置的ECU30的结构。在此图11是表示第二实施方式的ECU的结构的框图。

图11中，第二实施方式的ECU30在第一实施方式的ECU30的各结构要素的基础上，具备切换判定部370和第二平均电抗器电流推定电路380而构成。

切换判定部370是本发明的“电流值预测单元”和“切换单元”的一例，在推定电抗器电流IL的平均值aveIL时，对使用平均电抗器电流推定电路330和第二平均电抗器电流推定电路380中的哪一个进行切换。切换判定部370根据门信号PWC的上升定时处的电抗器电流IL是否为规定的阈值以上来切换平均电抗器电流推定电路330和第二平均电抗器电流推定电路380，选择性地算出电抗器电流的平均值。

第二平均电抗器电流推定电路380是本发明的“第二平均值推定单元”的一例，由与平均电抗器电流推定电路330不同的方法来推定电抗器电流IL的平均值aveIL。第二平均电抗器电流推定电路380例如将门信号PWC的下降定时处的电抗器电流（换言之为门信号PWC的一个周期中的电抗器电流IL的最大值）和门信号PWC的上升定时处的电抗器电流（换言之为门信号PWC的一个周期中的电抗器电流IL的最小值）的中间值推定为电抗器电流IL的平均值aveIL。

接着，参照图12至图14说明第二实施方式的电压转换装置的控制装置的动作。图12是表示第二实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。另外图13是表示下臂驱动时的推定单元的切换判定方法的线图，图14是表示上臂驱动时的推定单元的切换判定方法的线图。

在图12和图13中，第二实施方式的电压转换装置的控制装置的动作时，首先通过ADC310以规定的定时对电抗器电流IL进行采样（步骤S201）。具体地，电抗器电流IL在作为门信号PWC2的下降定时的E点以及E点刚过后（例如数微秒后）的F点分别被采样（参照图13）。

另外，此处的E点和F点如后所述被设定作为用于算出电抗器电流的变化率的采样定时，相当于第一实施方式的A点和B点。被采样的电抗器电流ILe和ILf向切换判定部370输出。

接着，通过切换判定部370推定门信号PWC2的一周期中的电抗器电流IL的最小值（换言之为门信号PWC2的上升定时处的电抗器电流的值）（步骤S202）。另外，由切换判定部370推定的电抗器电流IL的最小值是以图13的X点所示的值。观察图也可知，在此推定的值不是实际流动的电流值，而是假设电流能够跨过零地变化时的电流值。

计算X点的电流值时，先算出门信号PWX2的下降定时后的电抗器电流IL的变化率di/dt。电抗器电流IL的变化率di/dt能够使用E点的时刻TimE以及电流值ILe、和F点的时刻TimF以及电流值ILf，由以下的数学式（8）算出。

di/dt＝（ILf-ILe）/（TimF-TimE）···（8）

如果算出电抗器电流IL的变化率di/dt，那么可知电抗器电流IL从E点如何下降，所以能够对此加以利用来算出X点的电流值ILx。若设开关元件Q2的断开期间（即、电抗器电流持续下降的期间）为tOFF，那么X点的电流值ILx可以使用以下的数学式（9）来算出。

ILx＝ILa＋di/dt×tOFF···（9）

若算出ILx，那么在切换判定部370中判定ILx是否为零以上（步骤S203）。在此，当判定为ILx不是零以上时（步骤S203：否），选择平均电抗器电流推定电路330作为电抗器电流IL的平均值aveIL的推定单元，通过与上述的第一实施方式同样的方法来推定电抗器电流IL的平均值aveIL（步骤S204～S207）。另一方面，当判定为ILx为零以上时（步骤S203：是），选择第二平均电抗器电流推定电路380作为电抗器电流IL的平均值aveIL的推定单元，门信号PWC的一个周期中的电抗器电流IL的最大值和最小值的中间值被推定为电抗器电流IL的平均值aveIL（步骤S208）。

通过平均电抗器电流推定电路330或第二平均电抗器电流推定电路380推定的电抗器电流IL的平均值aveIL，与第一实施方式同样用于开关元件Q1和Q2的开关控制（步骤S209～S211）。

在此，平均电抗器电流推定电路330即使在如上所述进行单臂驱动的情况下也能够准确地推定电抗器电流IL的平均值aveIL，但是在门信号PWC2的上升定时处电抗器电流不为零的情况下不能适用。另一方面，第二平均电抗器电流推定电路380在电抗器电流IL为零的情况下不能准确推定电抗器电流IL的平均值aveIL，但是若电抗器电流不为零则能够准确推定电抗器电流IL的平均值aveIL。

如上所述，平均电抗器电流推定电路330或第二平均电抗器电流推定电路380其可适用范围彼此不同。因此，如果基于门信号PWC2的上升定时处的电抗器电流IL来对使用哪一个推定单元进行切换，则能够选择与条件对应的适当的推定单元，能够更恰当地推定电抗器电流IL的平均值aveIL。

另外，上述的例子中，对进行下臂驱动的情况作了说明，但是在进行上臂驱动的情况下，也能够以同样的方法切换推定单元。

具体地，如图14所示，进行下臂驱动的情况下和进行上臂驱动的情况下，电抗器电流IL的极性反转。这样的情况下，通过判定作为电抗器电流IL的最大值的X点处的电抗器电流ILx是否为零以下，能够适当地切换推定单元。

本发明不限于上述的实施方式，能够在不违反从权利要求书和说明书整体所读取的发明主旨或思想的范围内进行适当变更，伴随这种变更的电压转换装置的控制装置也包含在本发明的技术范围内。

附图标记说明

10   电压传感器

12   转换器

13   电压传感器

18   电流传感器

20   直流电压产生部

22、23  逆变器

28   蓄电装置

30   ECU

40   发动机

41   动力分割机构

42   驱动轮

45   负载装置

100  车辆

310  ADC

320  电压控制部

330  平均电抗器电流推定电路

331  第一电流量计算部

332  零定时计算部

333  第二电流量计算部

334  平均电流计算部

340  电流控制部

350  门信号输出电路

360  载波信号生成部

370  切换判定部

380  第二平均电抗器电流推定电路

aveIL  平均电抗器电流

C2   平滑电容器

CR   载波信号

D1、D2  二极管

IL   电抗器电流

L1   电抗器

MG1、MG2  电动发电机

PWC1、PWC2  门信号

Q1、Q2  开关元件

SR1、SR2  系统继电器

Claims (3)

1.一种电压转换装置的控制装置，所述电压转换装置通过择一地接通分别与电抗器串联连接的第一开关元件和第二开关元件，能够实现仅由包含所述第一开关元件而构成的第一臂和包含所述第二开关元件而构成的第二臂中的任一臂进行的单臂驱动，

其特征在于，所述电压转换装置的控制装置具备：

电流检测单元，检测作为流经所述电抗器的电流的电抗器电流；

平均值推定单元，使用所检测出的所述电抗器电流，以对所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的通断进行切换的门信号的周期为单位来推定所述电抗器电流的平均值；以及

控制单元，基于所推定的所述电抗器电流的平均值控制所述电压转换装置的动作。

2.如权利要求1所述的电压转换装置的控制装置，其特征在于，所述平均值推定单元具有：

第一电流量计算单元，使用从所述电抗器电流成为零的所述门信号的上升定时到下降定时为止的第一期间以及所述下降定时处的所述电抗器电流，算出在所述第一期间流向所述电抗器的第一电流量；

零定时计算单元，使用所述下降定时处的所述电抗器电流以及所述下降定时刚过后的所述电抗器电流，算出所述电抗器电流成为零的定时；

第二电流量计算单元，使用从所述下降定时到所述电抗器电流成为零的定时为止的第二期间以及所述下降定时处的所述电抗器电流，算出在所述第二期间流向所述电抗器的第二电流量；以及

平均值计算单元，使用所述第一电流量以及所述第二电流量、和所述门信号的一个周期的期间，算出所述电抗器电流的平均值。

3.如权利要求2所述的电压转换装置的控制装置，其特征在于，具备：

第二平均值推定单元，将所述门信号的上升定时处的电抗器电流及下降定时处的电抗器电流的中间值推定为所述电抗器电流的平均值；

电流值预测单元，使用所述下降定时处的所述电抗器电流及所述下降定时刚过后的所述电抗器电流，预测下一上升定时处的电抗器电流；以及

切换单元，基于所预测出的所述电抗器电流，对使用所述平均值推定单元及所述第二平均值推定单元中的哪一个进行切换。

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