CN109494984A - Dc/dc转换器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供抑制输出电压的过冲及输入电压的变动的DC/DC转换器装置。DC/DC转换器装置包括：具有功率转换部和电抗器的DC/DC转换器；及控制部，该控制部生成与输出电压指令值对应的输出电压目标值，控制功率转换部以使输出电压追随输出电压目标值，其中，控制部具有设定输出电压目标值的变化率限制值的变化率限制值设定部，通过对输出电压指令值施加利用变化率限制值的限制，从而生成输出电压目标值，变化率限制值设定部求出用于对输入电压发生变动的量进行定量评价的指标值，在指标值处于预先决定的特定范围内的情况下，将变化率限制值朝缩小变化率的限制范围的方向进行设定变更。

Description

DC/DC转换器装置
技术领域
本发明涉及对从直流电源提供的直流电压进行升压或降压并输出的DC/DC转换器装置。
背景技术
以往提出有在对从直流电源提供的直流电压进行升压或降压的DC/DC转换器中对输出进行稳定控制的技术(例如参照专利文献1、2)。
专利文献1所示的技术具有如下功能：即，为了抑制输出电压的过冲，控制成使DC/DC转换器的输出电压与基于输出电压指令值设定的输出电压目标值一致。此处，输出电压目标值根据当前的控制定时的输出电压指令值的大小，将输出电压目标值的变化率设定为可变。
此外，专利文献2所示的技术的特征在于，通过对输出电压指令值进行一次延迟处理，来设定输出电压目标值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-353032号公报
专利文献2：日本专利特开2010-4607号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，现有技术中，存在如下问题。专利文献1及专利文献2那样的现有技术中，并未考虑与DC/DC转换器的输入侧连接的直流电源的内部阻抗、及DC/DC转换器的输入侧与直流电源间的连接所产生的布线阻抗的影响。因此，现有技术存在无法抑制因直流电源的内部阻抗、及直流电源与DC/DC转换器之间的布线阻抗而产生的电压降所导致的输出电压的过冲、及输入电压的上升的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能抑制输出电压的过冲及输入电压的上升的DC/DC转换器装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的DC/DC转换器装置包括：DC/DC转换器，该DC/DC转换器具有将从直流电源提供的输入电压进行升压或降压并将输出电压输出的功率转换部、及连接在功率转换部与直流电源之间的电抗器；以及控制部，该控制部生成与输出电压指令值对应的输出电压目标值，控制功率转换部以使输出电压追随输出电压目标值，其中，
控制部具有设定输出电压目标值的变化率限制值的变化率限制值设定部，通过对输出电压指令值施加利用变化率限制值的限制，从而生成输出电压目标值，变化率限制值设定部求出用于对提供给DC/DC转换器的输入电压发生变动的量进行定量评价的指标值，在指标值处于预先决定的特定范围内的情况下，将变化率限制值朝缩小变化率的限制范围的方向进行设定变更。
发明效果
根据本发明，具有如下结构：即，适当设定DC/DC转换器的输出电压目标值的变化率限制值，在特定条件成立时可缩小设定变化率的限制范围。其结果是，可获得能抑制因内部阻抗及布线阻抗而产生的电压降所导致的输出电压的过冲及输入电压的上升的DC/DC转换器装置。
附图说明
图1是应用了本发明实施方式1的DC/DC转换器的装置的功能框图。
图2是应用了本发明实施方式1的DC/DC转换器的装置的电路结构图。
图3是本发明实施方式1的控制部的功能框图。
图4是本发明实施方式1的电压目标值设定部的功能框图。
图5是表示本发明实施方式1的输出电压目标值的变化率限制值的设定处理的流程图。
图6是表示本发明实施方式1的输入电压检测值与输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值的关系的图。
图7是表示输出电压指令值呈上升阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图8是表示输出电压指令值呈下降阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图9A是表示现有的DC/DC转换器装置中输出电压指令值呈上升阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图9B是表示本发明实施方式1中输出电压指令值呈上升阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图10A是表示现有的DC/DC转换器装置中输出电压指令值呈下降阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图10B是表示本发明实施方式1中输出电压指令值呈下降阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压的时间波形的图。
图11是设定本发明实施方式2的输出电压目标值的变化率限制值的流程图。
图12是表示本发明实施方式2的输入侧电压降与输出电压目标值的变化率限制值的关系的图。
图13是表示本发明实施方式2中输出电压指令值呈上升阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压降的时间波形的图。
图14是表示本发明实施方式2中输出电压指令值呈下降阶梯状时的输出电压、电抗器电流、输入电压降的时间波形的图。
图15是表示本发明实施方式2中输入电压值检测值和对输入电压值检测值应用滤波器后得到的值的时间波形的图。
图16是说明本发明实施方式3中与输入电压检测值对应的输出电压目标值的变化率限制值的设定的图。
图17是说明本发明实施方式3中与输入电压检测值对应的输出电压目标值的变化率限制值的设定的图。
图18是说明本发明实施方式4中与输入侧电压降对应的输出电压目标值的变化率限制值的设定的图。
图19是说明本发明实施方式4中与输入侧电压降对应的输出电压目标值的变化率限制值的设定的图。
具体实施方式
以下，利用附图，对本发明的DC/DC转换器装置的优选实施方式进行说明。
实施方式1
图1是应用了本发明实施方式1的DC/DC转换器的装置的功能框图。如图1所示，装置1由DC/DC转换器100、直流电源400(以下称为电源400)、负载5及控制部300构成。在DC/DC转换器100的输入侧的端子连接有电源400，在输出侧的端子连接有负载5。在DC/DC转换器100内部设置有包含1组或多组开关元件的功率转换部110及电抗器102。
电压传感器(SnsV2)201对DC/DC转换器100的输出电压V2进行检测。电压传感器(SnsIL)202对DC/DC转换器100内的电抗器电流IL进行检测。电压传感器(SnsV1)203对从电源400输入到DC/DC转换器100的输入电压V1进行检测。电压传感器(SnsVb)204对电源400的输出端电压Vb进行检测。由电压传感器201、203、204及电流传感器202检测出的值分别输出到控制部300。
DC/DC转换器100具有能在输入侧与输出侧之间进行双向功率转换的功能。DC/DC转换器100将从电源400输入的输入电压V1升压至输入电压V1以上的电压，并将升压后的输出电压V2输出到输出侧的端子。
控制部300具有控制DC/DC转换器100的功能及对装置1进行统一控制的功能。控制部300的详细情况将利用图3在后文进行阐述。
负载5例如是电动机。在设负载5为交流电动机的情况下，也可构成为将DC/DC转换器100经由未图示的逆变器电路连接到交流电动机。
电源400可利用锂离子电池、镍氢电池等蓄电池或电容器。
图2是应用了本发明的DC/DC转换器的装置的电路结构图的一个示例。对于与图1的功能框图相同的部分，标注相同的标号并省略说明。
图2中，DC/DC转换器100内部的功率转换部110具有能在输入侧与输出侧之间进行双向功率转换的功能。DC/DC转换器100在输入侧包括第1端子100a及第2端子100b，在输出侧包括第3端子100c及第4端子100d。
DC/DC转换器100将输入到输入侧的第1端子100a(Vcom)与第2端子100b(VL)之间的直流的输入电压V1升压至输入电压V1以上的电压。而且，DC/DC转换器100将升压后的输出电压V2输出到输出侧的第3端子100c(Vcom)与第4端子100d(VH)之间。在第1端子100a与第2端子100b之间连接有电源400，在第3端子100c与第4端子100d之间连接有负载5。
DC/DC转换器100包括输入侧平滑电容器C1(101)、输出侧平滑电容器C2(105)、电抗器L(102)、第1开关元件S1(103)及第2开关元件S2(104)。
输入侧平滑电容器C1(101)的一个端子连接到第1端子100a，另一端子连接到第2端子100b，对输入电压V1进行平滑。第1端子100a和第3端子100c共同地连接。另外，第1端子100a及第3端子100c被设定为公共电位(Vcom)，因此，也可省略第1端子100a和第3端子100c中的任一方。
电抗器L(102)用于储蓄能量，其一个端子连接到输入侧的第2端子100b，另一端子连接到开关元件S1(103)与开关元件S2(104)的连接部即第1连接部102a。
开关元件S1(103)及开关元件S2(104)通过将例如IGBT(Insulated GateBiopolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)与反向并联二极管进行组合来构成。
开关元件S1(103)的一个端子连接到第1连接部102a，另一端子连接到第1端子100a。开关元件S2(104)的一个端子连接到第1连接部102a，另一端子连接到第4端子100d。
更详细而言，开关元件S1(103)的发射极端子连接到第1端子100a，开关元件S2(104)的集电极端子连接到第4端子100d。开关元件S1(103)的集电极端子和开关元件S2(104)的发射极端子连接到第1连接部102a。而且，第1连接部102a经由电抗器L(102)连接到第2端子100b。
电压传感器204将检测电源400的输出端电压来作为电源输出端电压检测值Vbs。电压传感器203检测DC/DC转换器100的输入侧平滑电容器C1(101)的两端电压来作为输入电压检测值V1s。
电压传感器201检测DC/DC转换器100的输出侧平滑电容器C2(105)的两端电压来作为输出电压检测值V2s。电压传感器202对DC/DC转换器100的电抗器L(102)中流过的电抗器电流IL进行检测。将由各传感器检测出的值输出到控制部300。
控制部300基于来自电压传感器201、电流传感器202、电压传感器203的输出，生成2个开关元件S1、S2的栅极信号(G1及G2)，对开关元件S1(103)及开关元件S2(104)分别进行导通/关断动作。
电源400包括电压源401，向电源400的第1端子400a(Vcom)与第2端子400b(VB)之间提供电源输出端电压Vb。
电源内部阻抗(Z0)402为电压源401与电源400的第2端子400b(VB)之间的阻抗。布线阻抗Z1(6)为将电源400的第2端子400b(VB)与DC/DC转换器100的第2端子100b(VL)之间进行连接的布线的阻抗。
电源400的第1端子400a(Vcom)连接到DC/DC转换器100的第1端子100a(Vcom)。另一方面，电源400的第2端子400b(VB)经由布线阻抗Z1(6)连接到DC/DC转换器100的第2端子100b(VL)。
此处，如图2所示，从电压源401提供给DC/DC转换器100的直流电流经由电源内部阻抗(Z0)402、电源400的第2端子400b(VB)及布线阻抗Z1(6)提供给DC/DC转换器100的第2端子100b(VL)。
这样，在有电流从电压源401流到DC/DC转换器100的输入侧的情况下，在电源内部阻抗(Z0)402上产生电源内部电压降ΔV1b。此外，在布线阻抗Z1(6)上产生布线电压降ΔV1a。
接下来，参照图3说明控制部300的功能。图3是本发明实施方式1的图2所示的控制部300的功能框图。控制部300包括对装置1进行统一控制的上位控制部310、以及对DC/DC转换器100进行控制的转换器控制部320。
另外，本发明实施方式1中，示出了将DC/DC转换器装置设为具有DC/DC转换器100及转换器控制部320的功能的装置。
图3中，图示为在控制部300的内部包含上位控制部310及转换器控制部320，但并非一定需要在控制部300的内部配置转换器控制部320。例如，转换器控制部320也可设置在DC/DC转换器100内部。各控制部包括未图示的CPU等处理器及存储处理程序等的存储器。
上位控制部310基于电源400、DC/DC转换器100及负载5的动作状态，运算输出电压指令值V2ref，并将运算出的结果输出到转换器控制部320。
转换器控制部320包括电压目标值设定部321、电压控制占空比运算部322及栅极信号生成部323。
电压目标值设定部321通过利用变化率限制值来限制输出电压指令值V2ref的变化率，从而生成输出电压目标值V2ref＊。电压目标值设定部321将所生成的输出电压目标值V2ref＊输出到电压控制占空比运算部322。电压目标值设定部321的结构及处理的详细情况将在后文中阐述。
电压控制占空比运算部322进行反馈控制以使输出电压检测值V2s与输出电压目标值V2ref＊一致，输出用于规定开关元件的开关定时的占空比。
栅极信号生成部323基于从电压控制占空比运算部322输出的占空比，生成用于控制开关元件的栅极信号。而且，栅极信号生成部323将生成的栅极信号输出到DC/DC转换器100的功率转换部110。
更具体而言，栅极信号生成部323将生成的栅极信号G1输出到DC/DC转换器100的开关元件S1(103)，将生成的栅极信号G2输出到DC/DC转换器100的开关元件S2(104)。这样，转换器控制部320对开关元件S1(103)和开关元件S2(104)的驱动单独进行控制。
图4是本发明实施方式1的电压目标值设定部321的功能框图。电压目标值设定部321包括变化率限制部330以及变化率限制值设定部331。
本发明实施方式1中，说明了将输入电压检测值V1s作为用于对提供给DC/DC转换器100的输入电压V1根据输出电压V2的大小而变动的量进行定量评价的指标值，对输出电压目标值的变化率限制值进行可变设定的情况。
变化率限制值设定部331基于从电压传感器203输出的、作为上述指标值的输入电压检测值V1s，设定输出电压目标值的变化率限制值，将其结果输出到变化率限制部330。具体而言，变化率限制值设定部331输出变化率上限值及变化率下限值，以作为输出电压目标值的变化率限制值。
变化率限制部330基于输出电压指令值V2ref来生成输出电压目标值V2ref＊。此时，变化率限制部330利用从变化率限制值设定部331输出的变化率上限值及变化率下限值对输出电压指令值V2ref的变化率施加限制，生成输出电压目标值V2ref＊。
另外，图4的变化率限制值设定部331还可具有对输入电压检测值V1s应用滤波器来进行运算处理的功能。在此情况下，作为输入电压检测值V1s的代替，可将对输入电压检测值V1s应用滤波器来进行运算所得到的滤波处理后的输入电压检测值V1s＊作为指标值，用于变化率限制值设定部331所进行的变化率限制值的设定。
接着，对与输入电压检测值V1s对应的输出电压目标值的变化率限制值设定的详细情况进行说明。变化率限制值设定部331将对于输入电压检测值V1s的多个阈值、及与阈值相关联的多个变化率限制值的设定值预先存放在未图示的存储部。
首先，变化率限制值设定部331利用预先设定的多个阈值来判定当前的输入电压检测值V1s的大小。接着，变化率限制值设定部331从预先设定的多个变化率限制值中，从存储部提取出与当前的输入电压检测值V1s的大小的判定结果对应的设定值，并将其设定作为输出电压指令值V2ref的变化率限制值。
接下来，利用图5和图6，对输出电压指令值V2ref的变化率限制值的设定动作进行详细说明。图5是表示本发明实施方式1的变化率限制值设定部331中的输出电压目标值的变化率限制值的设定处理的流程图。此外，图6是表示本发明实施方式1中图5的流程图内示出的输入电压检测值V1s的阈值a1、a2、与输出电压目标值的变化率限制值的设定值b1、b2、-b3、-b4的关系的说明图。此处，阈值满足a1＞a2的关系，设定值满足b1＞b2＞-b3＞-b4的关系。
图5的步骤S501中，电压目标值设定部321内的变化率限制值设定部331判定输入电压检测值V1s是否为阈值a2以上。变化率限制值设定部331在判定为输入电压检测值V1s为阈值a2以上的情况下(V1s≥阈值a2：是)，前进至步骤S502，将变化率限制值的上限值设定为设定值b1，将下限值设定为设定值-b3。
此外，变化率限制值设定部331在步骤S501中判定为输入电压检测值V1s小于阈值a2的情况下(V1s≥阈值a2：否)，前进至步骤S503，判定输入电压检测值V1s是否为阈值a1以下。变化率限制值设定部331在判定为输入电压检测值V1s为阈值a1以下的情况下(V1s≤阈值a1：是)，前进至步骤S504，将变化率限制值的上限值设定为设定值b2，将下限值设定为设定值-b4。
变化率限制值设定部331在判定为输入电压检测值V1s小于阈值a2(V1s≥阈值a2：否)、且大于阈值a1(V1s≤阈值a1：否)的情况下，前进至步骤S505，将变化率限制值的上限值设定为设定值b1，将下限值设定为设定值-b4。
变化率限制值设定部331将所设定的变化率限制值的上限值及下限值输出到变化率限制部330。变化率限制部330将所设定的变化率限制值的上限值及下限值应用于运算出的输出电压目标值V2ref＊以施加限制，将施加限制后的输出电压目标值V2ref＊作为电压目标值设定部321的输出，输出到电压控制占空比运算部322。
将以上的处理结果汇总后的结果为图6。如图6所示，电压目标值设定部321仅在输入电压检测值V1s为预先决定的值以上的情况下(V1s≥阈值a2)，使输出电压目标值V2ref＊的变化率的下限值朝提高方向、即缩小下限幅度的方向变化。
电压目标值设定部321仅在输入电压检测值V1s为预先决定的值以下的情况下(V1s≤阈值a1)，使输出电压目标值V2ref＊的变化率的上限值朝降低方向、即缩小上限幅度的方向变化。
接着，说明DC/DC转换器装置的输出电压、电抗器电流及输入电压的时间波形与输出电压目标值的变化率限制值的关系。
首先，参照图7及图8说明输入电压未产生变动时的时间波形。图7是本发明实施方式1中输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化时的图形。图8是本发明实施方式1中输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化时的图形。
另外，例如在图7及图8的时间t2，有时会产生因输出电压目标值的变化而导致的输出电压的过冲。然而，这些并非是因输入电压的变动而导致的现象，因此，省略说明。
图7中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈上升阶梯状变化。接着，在时间t1～t2，转换器控制部控制功率转换部110的开关元件以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致，其结果是，使电抗器电流IL增加(图7的702)。
图7中，假设没有产生因布线阻抗Z1及电源内部阻抗Z0而导致的输入电压V1的变动的情况。因此，即使电抗器电流IL增加，输入电压V1也维持一定值(图7的703)。由于输入电压V1没有变动，因此，不会产生因输入电压V1而导致的输出电压V2的过冲(图7的701)。
图8中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈下降阶梯状变化。接着，在时间t1～t2，转换器控制部使电抗器电流IL降低，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致(图8的705)。
图8中，与图7同样地，假设没有产生因布线阻抗Z1及电源内部阻抗Z0而导致的输入电压V1的变动的情况。因此，即使电抗器电流IL下降，输入电压V1也维持一定值(图8的706)。
以上，如图7及图8中说明的那样，在输入电压V1未产生变动的情况下，不产生因输入电压V1而导致的输出电压V2的过冲。然而，在实际的DC/DC转换器的工作状态中，有时会产生因电源内部阻抗Z0及布线阻抗Z1(图2)而导致的输入电压V1的变动。
以下，参照图9A、图9B、图10A、图10B，对于输入电压V1产生变动时的时间波形，将现有技术与本发明进行比较说明。
图9A及图10A是现有的DC/DC转换器装置中的输出电压、电抗器电流及输入电压的时间波形图。图9A示出了输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化的情况，图10A示出了输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况。
另一方面，图9B及图10B是本发明实施方式1的DC/DC转换器装置中的输出电压、电抗器电流及输入电压的时间波形图。图9B示出了输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化的情况，图10B示出了输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况。
现有的DC/DC转换器装置中，输出电压目标值的变化率限制值被设定为固定值，或不与输入电压对应地进行设定(图9A及图10A)。
与此相对，本发明的DC/DC转换器装置如利用图5及图6说明的那样，具有根据输入电压的大小来设定输出电压目标值的变化率限制值的功能(图9B及图10B)。
首先，为了与本发明进行比较，参照图9A，说明现有的DC/DC转换器装置的输出电压波形。
图9A中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈上升阶梯状变化。接着，在时间t1至t2，转换器控制部使电抗器电流IL增加，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致。
随着电抗器电流IL的增加，布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)所产生的电压降增加，由此，输入电压V1下降。
接着，在时间t2～t3，转换器控制部使电抗器电流IL降低，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致(图9A的708)。随着电抗器电流的下降，布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)所产生的电压降减少，由此，输入电压V1上升(图9A的709)。
输出电压V2的增加量依赖于对输入电压V1的增加量乘以DC/DC转换器的输入电压V1的升压比后得到的值。因此，在时间t3，作为输入电压V1上升的结果(图9A的709)，在输出电压V2中产生过冲(图9A的707)。
接着，说明应用了本发明的DC/DC转换器装置的情况下的时间波形。图9B及图10B是本发明实施方式1的DC/DC转换器装置中的输出电压、电抗器电流及输入电压的时间波形图。图9B示出了输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化的情况，图10B示出了输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况。
参照图9B，说明应用了本发明的DC/DC转换器装置的情况下的时间波形。另外，为了比较，图9B中用虚线示出图9A的输出电压、电抗器电流、输入电压。
图9B中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈阶梯状变化。接着，在时间t1～t3，转换器控制部320使电抗器电流IL增加，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致。由于电抗器电流IL增加，因布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)而产生电压降，因此，输入电压V1下降。
此处，与图9A说明的现有的DC/DC转换器装置不同，图9B的本发明的DC/DC转换器装置中，包括转换器控制部320，该转换器控制部320根据输入电压的大小来设定输出电压目标值的变化率限制值，生成输出电压目标值V2ref＊。
具体而言，在图9B的时间t2，布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)所产生的电压降增加，由此，输入电压V1变成阈值a1以下。因而，转换器控制部320如图5及图6中说明的那样，与输入电压V1变成阈值a1以下的情况相对应，采用比设定值b1要小的设定值b2，以作为输出电压目标值V2ref＊的变化率限制值的上限值。
其结果是，从时间t1起开始增加的电抗器电流的增加量与现有的转换器装置的情况(图9A)相比会下降(图9B的箭头710)。其结果是，输入电压V1的减少量也下降(图9B的箭头711)。
接着，在时间t3，转换器控制部320使电抗器电流降低，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致(图9B的713)。
随着电抗器电流IL的下降，电源内部阻抗Z0(402)及布线阻抗Z1(6)所产生的电压下降量减少，由此，输入电压V1增加(图9B的714)。
然而，电抗器电流的减少量与现有的转换器装置的情况(图9A)相比会下降。因此，输入电压V1的增加量也同样会下降。其结果是，可使输出电压V2的过冲比现有的转换器装置要小(图9B的712)。
接着，参照图10A及图10B，说明输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况。图10A是应用了现有的DC/DC转换器的情况的示例，图10B是应用了本发明的DC/DC转换器的情况的示例。
图10A中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈下降阶梯状变化。在时间t1～t3，转换器控制部使电抗器电流IL降低，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致(图10A的716)。随着电抗器电流IL的下降，布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)所产生的电压降减少，由此，输入电压V1增加(图10A的717)。
接着，参照图10B，说明应用了本发明的DC/DC转换器的情况下的时间波形。另外，为了比较，图10B中用虚线示出图10A的输出电压、电抗器电流、输入电压。
图10B中，输出电压指令值V2ref在时间t1呈下降阶梯状变化。接着，在时间t1～t3，转换器控制部320使电抗器电流IL下降，以使输出电压V2与输出电压目标值V2ref＊一致。由于电抗器电流IL下降，因布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)而产生了电压降，因此，输入电压V1增加。
此处，与图10A说明的现有的DC/DC转换器装置不同，图10B的本发明的DC/DC转换器装置中，包括转换器控制部320，该转换器控制部320根据输入电压的大小来设定输出电压目标值的变化率限制值，生成输出电压目标值V2ref＊。
具体而言，在图10B的时间t2，布线阻抗Z1(6)及电源内部阻抗Z0(402)所产生的电压降减少，由此，输入电压V1变成阈值a2以上。因而，转换器控制部320如图5及图6中说明的那样，与输入电压V1变成阈值a2以上的情况相对应，采用比设定值-b4要大的设定值-b3，以作为输出电压目标值V2ref＊的变化率限制值的下限值。
其结果是，从时间t1起开始减少的电抗器电流的减少量与现有的转换器装置的情况(图10A)相比会下降(图10B的箭头721)。其结果是，输入电压V1的增加量也下降(图10B的箭头722)。
这样，本实施方式1中的转换器控制部320与输入电压V1变成阈值a2以上的情况相对应地将输出电压目标值V2ref＊的变化率限制值的下限值从设定值-b4变更为设定值-b3，从而可抑制输入电压V1的增加量。
另外，根据输入电压的大小来变更输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值的方法并不限于图5、图6所示的方法。也可利用如下方法：利用一次延迟滤波器来限制输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值，根据输入电压检测值V1s来设定滤波器的时间常数。
此外，也可基于输入电压检测值V1s及输出电压指令值V2ref、或基于输入电压检测值V1s及输出电压检测值V2s，来设定输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值。
根据以上说明的本发明的实施方式1，可以获得以下效果。
(效果1)本实施方式1的控制部具有如下结构：在输入电压检测值V1s为规定值以上的情况下(V1s≥阈值a2)，使输出电压目标值V2ref＊的变化率的下限值朝提高方向、即缩小下限幅度的方向变化。
由此，能抑制输入电压V1的增加量。换言之，对于输入侧平滑电容器及电源，可增大对于额定电压的余量。其结果是，能提高DC/DC转换器装置的耐压性、耐久性。此外，能实现输入侧平滑电容器的低容量化，可实现DC/DC转换器装置的小型化、低成本化。
(效果2)本实施方式1的控制部具有如下结构：在输入电压检测值V1s为规定值以下的情况下(V1s≤阈值a1)，使输出电压目标值V2ref＊的变化率的上限值朝降低方向、即缩小上限幅度的方向变化。
由此，能抑制输出电压V2的过冲。换言之，对于输入侧平滑电容器及负载，可增大对于额定电压的余量。其结果是，能提高DC/DC转换器装置的耐压性、耐久性。此外，能实现输出侧平滑电容器的低容量化，可实现DC/DC转换器装置的小型化、低成本化。
(效果3)有时期望对于输出电压指令值V2ref的变化，直到输出电压V2一致为止的时间较短，即输出电压V2对于输出电压指令值V2ref的追随性较高。在此情况下，若因电源的温度特性、历时劣化、性能偏差等导致电源的内部阻抗增加，则根据电流的方向，输入电压V1容易下降或增加。其结果是，难以确保输出电压V2对于V2ref的变化的追随性。
与此相对，本实施方式1的控制部具有如下结构：通过在输入电压检测值V1s的特定范围内降低变化率限制值的上限值或提高下限值，从而缩小变化率的限制范围。其结果是，在不缩小变化率的限制范围的范围内，可提高输出电压V2对于输出电压指令值V2ref的追随性。
总而言之，本实施方式1的控制部在输入电压检测值V1s为阈值a1以下或阈值a2以上的范围内，通过缩小变化率的限制范围，可实现效果1及效果2，在输入电压检测值V1s大于阈值a1、且小于阈值a2的范围内，通过不缩小变化率的限制范围，可实现效果3。
实施方式2
在之前的实施方式1中，说明了将输入电压检测值V1s作为用于对输入电压V1发生变动的量进行定量评价的指标值，对输出电压目标值的变化率限制值进行可变设定的情况。与此相对，在以下说明的本实施方式2中，说明将输入侧的电压下降量作为上述指标值，对输出电压目标值的变化率限制值进行可变设定的情况。以下，对于与实施方式1重复的部分，省略说明。此外，在以下的说明中，将电压下降量或电压下降值称为电压降来进行说明。
如以下的式(1)所示，输入侧电压降V1drop可根据电源输出端电压检测值Vbs和输入电压检测值V1s来计算。
V1drop＝Vbs-V1s(1)
输入电压检测值V1s与实施方式1同样，由DC/DC转换器100内部的电压传感器203输出到转换器控制部320。电源输出端电压检测值Vbs可构成为由电压传感器204直接输出到转换器控制部320，也可构成为经由上位控制部310输出到转换器控制部320。转换器控制部320内的未图示的CPU基于式(1)运算输入侧电压降V1drop，将运算出的结果输出到电压目标值设定部311。
图11是表示本发明实施方式2的变化率限制值设定部331中的输出电压目标值的变化率限制值的设定处理的流程图。此外，图12是表示本发明实施方式2中图11的流程图内示出的输入电压降的阈值c1、c2、与输出电压目标值的变化率限制值的设定值b1、b2、-b3、-b4的关系的说明图。此处，阈值满足c1＞c2的关系，设定值满足b1＞b2＞-b3＞-b4的关系。
实施方式2中，变化率限制值设定部331将由式(1)得到的输入侧电压降V1drop的多个阈值、及与多个阈值相关联的多个变化率限制值的设定值预先存放在未图示的存储部。
接下来，利用图11及图12，对本实施方式2的输出电压指令值V2ref的变化率限制值的设定动作进行详细说明。
图11的S1101中，电压目标值设定部321内的变化率限制值设定部331判定输入侧电压降V1drop是否为阈值c1以下。变化率限制值设定部331在判定为输入侧电压降V1drop为阈值c1以下的情况下(V1drop≤阈值c1：是)，前进至步骤S1102，将变化率限制值的上限值设定为设定值b1，将下限值设定为设定值-b3。
此外，变化率限制值设定部331在步骤S1101中判定为输入侧电压降V1drop大于阈值c1的情况下(V1drop≤阈值c1：否)，前进至步骤S1103，判定输入侧电压降V1drop是否为阈值c2以上。变化率限制值设定部331在判定为输入侧电压降V1drop为阈值c2以上的情况下(V1drop≥阈值c2：是)，前进至步骤S1104，将变化率限制值的上限值设定为设定值b2，将下限值设定为设定值-b4。
变化率限制值设定部331在判定为输入侧电压降V1drop大于阈值c1(V1drop≤阈值c1：否)、且小于阈值c2(V1drop≥阈值c2：否)的情况下，前进至步骤S1105，将变化率限制值的上限值设定为设定值b1，将下限值设定为设定值-b4。
变化率限制值设定部331将所设定的变化率限制值的上限值及下限值输出到变化率限制部330。变化率限制部330将所设定的变化率限制值的上限值及下限值应用于运算出的输出电压目标值V2ref＊以施加限制，将施加限制后的输出电压目标值V2ref＊作为电压目标值设定部321的输出，输出到电压控制占空比运算部322。
将以上的处理结果汇总后的结果为图12。如图12所示，电压目标值设定部321仅在输入侧电压降V1drop为预先决定的值以下的情况下(V1drop≤阈值c1)，使输出电压指令值V2ref及输出电压目标值V2ref＊的变化率的下限值朝提高方向、即缩小下限幅度的方向变化。由此，能降低输入电压V1的增加量。
电压目标值设定部321仅在输入侧电压降V1drop为预先决定的值以上的情况下(V1drop≥阈值c2)，使输出电压目标值V2ref＊的变化率的上限值朝降低方向、即缩小上限幅度的方向变化。由此，能降低输出电压V2的过冲。
接着，说明本发明实施方式2的DC/DC转换器装置的输出电压波形。图13及图14是本发明实施方式2的DC/DC转换器装置中的输出电压、电抗器电流及输入电压降的时间波形图。图13示出了输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化的情况，图14示出了输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况。
如图13及图14所示，本实施方式2的输出电压波形及电抗器电流波形与之前的实施方式1的图9B及图10B相同。
示出了输出电压指令值V2ref呈上升阶梯状变化的情况的本实施方式2的图13中，图示出与之前的实施方式1的图9B不同的以下的2点。
(不同点1)图13中，示出“输入电压降”的波形，以代替图9B中的“输入电压”的波形。
(不同点2)图13中，在时间t2，随着输入侧电压降V1drop变成阈值c2以上，输出电压的变化率上限值从设定值b1变更为设定值b2。
同样地，示出了输出电压指令值V2ref呈下降阶梯状变化的情况的本实施方式2的图14中，图示出与之前的实施方式1的图10B不同的以下的2点。
(不同点1)图14中，示出“输入电压降”的波形，以代替图10B中的“输入电压”的波形。
(不同点2)图14中，在时间t2，随着输入侧电压降V1drop变成阈值c1以下，输出电压的变化率下限值从设定值-b4变更为设定值-b3。
另外，根据输入侧电压降的大小来变更输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值的方法并不限于图11、图12所示的方法。也可利用如下方法：利用一次延迟滤波器来限制输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值，根据输入侧电压降V1drop来设定滤波器的时间常数。
此外，也可基于输入侧电压降V1drop及输出电压指令值V2ref、或基于输入侧电压降V1drop及输出电压检测值V2s，来设定输出电压目标值的变化率限制值的上限值及下限值。
此外，输入侧电压降V1drop并不限于由上式(1)计算出的情况。如以下说明的那样，也可使用对输入电压检测值V1s应用低通滤波器后得到的值，来计算输入侧电压降V1drop。
图15中，将对输入电压变化时的输入电压检测值V1s应用低通滤波器所得到的输入电压检测值滤波后V1s＊和输入电压检测值V1s各自的波形作为上部的“输入电压”来示出。此外，基于以下所示的式(2)计算出的输入侧电压降＊(V1drop＊)的波形在下部示出。
V1drop＊＝V1s＊-V1s(2)
作为由式(1)得到的输入侧电压降V1drop的代替，可将利用式(2)计算出的输入侧电压降＊(V1drop＊)用作为指标值。即，在实施方式2的说明及图11～图14中、以及以下说明的变形例中，也可使用输入侧电压降＊(V1drop＊)，来代替输入电压降(V1drop)。
此外，在使用由式(2)得到的输入侧电压降＊(V1drop＊)的情况下，无需用于检测式(1)所示的电源输出端电压检测值Vbs的检测电路及功能。其结果是，通过使用由式(2)计算出的输入侧电压降＊(V1drop＊)，具有低成本化及可削减部件数量的优点。
另外，在上述说明中，作为滤波器，设为应用低通滤波器，但也可利用高通滤波器等其他滤波器，来实现相同的功能。
另外，也可将电抗器电流检测值ILs用作为指标值，来代替输入电压降(V1drop)。与输入侧电压降V1drop相当的值可根据电抗器电流IL、电源内部阻抗Z0及布线阻抗Z1来导出。在此情况下，电源内部阻抗Z0及布线阻抗Z1可作为固定值来用于计算。因此，也可使用电抗器电流检测值ILs，来代替输入电压降V1drop。
另外，在实施方式1及实施方式2的说明中，说明了如下示例：即，将输入电压检测值V1s、或输入侧电压降V1drop、或输入侧电压降＊(V1drop＊)、或电抗器电流检测值ILs分别单独用作为指标值，进行输出电压目标值的变化率限制值的设定。然而，本申请发明中，也可并非单独，而是根据需要将2个以上的指标值组合使用，来提高变化率限制值的设定精度。
此外，例如也可使控制部300具有如下功能：即，用户可根据负载5的种类、DC/DC转换器100的使用状况等，选择将上述中的哪个检测值、数值用作为指标值。
根据如上所述的实施方式2，与实施方式1同样，可获得以下的效果。
(效果1)通过在输入侧电压降V1drop较小时提高变化率下限值，可抑制输入电压V1的增加量。换言之，对于输入侧平滑电容器及电源，可增大对于额定电压的余量。其结果是，能提高DC/DC转换器装置的耐压性、耐久性。此外，能实现输入侧平滑电容器的低容量化，可实现DC/DC转换器装置的小型化、低成本化。
(效果2)通过在输入侧电压降V1drop较大时降低变化率上限值，可抑制输出电压V2的过冲。换言之，对于输出侧平滑电容器及负载，可增大对于额定电压的余量。其结果是，能提高DC/DC转换器装置的耐压性、耐久性。此外，能实现输出侧平滑电容器的低容量化，可实现DC/DC转换器装置的小型化、低成本化。
(效果3)具有如下结构：通过在输入侧电压降V1drop或电抗器电流IL的特定范围内降低变化率限制值的上限值或提高下限值，从而缩小变化率的限制范围。其结果是，在不缩小变化率的限制范围的范围内，可提高输出电压V2对于输出电压指令值V2ref的追随性。
实施方式3
本实施方式3为上述实施方式1的变形例。更具体而言，本实施方式3的DC/DC转换器装置具有如下结构：根据输入电压检测值的大小，使变化率上限值及变化率下限值多阶段或连续地变化。
图16及图17是表示上述实施方式1的图6中说明的、输入电压检测值的阈值和输出电压目标值的变化率限制值的设定方法的变形例的图。
图16示出了将输入电压检测值V1s的阈值设定为e1～e6总计6个值的情况。此外，示出了利用电压目标值设定部321将变化率限制值的上限值及下限值设定为d1、d2、d3、d4，-d5、-d6、-d7、-d8总计8个阶段的情况。
此处，阈值满足e6＞e5＞e4＞e3＞e2＞e1的关系，变化率限制值的上限值及下限值的设定值满足d1＞d2＞d3＞d4＞-d5＞-d6＞-d7＞-d8的关系。通过这样增加阈值及变化率限制值的设定数，可根据输入电压检测值的大小，进行更精密的变化率限制值的设定。
此外，通过增加设定数，与输入电压检测值V1s对应的、各个阈值的变化率限制值的变化量会变小。因此，可减轻随着变化率的急剧变化而产生的输出电压的过冲。
另外，阈值及变化率限制值的设定数并不限于图16所示的设定数。根据需要，也可进一步增加阈值及变化率限制值的设定数。此外，图16中，阈值e3和e4间以外的阈值的间隔设为均等，但并非一定需要均等。根据需要，也可利用多个间隔来设置多个阈值及设定值。
图17是变化率限制值并非像图6及图16那样阶段性变化而是设定为相对于输入电压检测值V1s连续变化的情况的示例。图17中，示出了具有相对于输入电压检测值V1s的预先决定的变化范围保持一定值的变化率限制值的上限值及下限值、及被设定成相对于输入电压检测值V1s的变化而连续变化的变化率限制值的上限值及下限值的情况。
更具体而言，图17中，示出了将输入电压检测值V1s的阈值设为f1、f2、f3、f4总计4个值，将变化率限制值的上限值及下限值设定为d1、d2、-d3、-d4总计4个阶段的情况。此处，阈值满足f4＞f3＞f2＞f1的关系，变化率限制值的上限值及下限值的设定值满足d1＞d2＞-d3＞-d4的关系。
图17中，变化率限制值的上限值在阈值为f1以下的情况下被设定为d2，在阈值为f2以上的情况下被设定为d1。另一方面，在阈值大于f1、且小于f2的情况下，变化率限制值的上限值被设定成相对于输入电压检测值V1s的变化，在d2到d1之间连续变化。
同样地，变化率限制值的下限值在阈值为f3以下的情况下被设定为-d4，在阈值为f4以上的情况下被设定为-d3。另一方面，在阈值大于f3、且小于f4的情况下，变化率限制值的下限值被设定成相对于输入电压检测值V1s的变化，在-d4到-d3之间连续变化。
通过使变化率限制值并非像图6及图16那样阶段性(非连续)变化而是如此连续变化，可根据输入电压检测值的大小，更精密地控制变化率限制值。另外，该连续变化并不限于图17所示的线性变化，也可设为利用指数函数或对数函数的特性的迁移等通过单调增加或单调减少来连续变化的变化。
实施方式4
本实施方式4为上述实施方式2的变形例。更具体而言，本实施方式4的DC/DC转换器装置具有如下结构：即，根据输入电压降的大小，使变化率上限值及变化率下限值多阶段或连续地变化。
图18及图19是表示上述实施方式2的图12中说明的、输入电压降的阈值和输出电压目标值的变化率限制值的设定方法的变形例的图。
图18与图16同样，是使输入侧电压降V1drop的阈值及变化率限制值的设定数增加的示例，可获得与图16同样的效果。更具体而言，图18中，示出了将输入电压检测值V1s的阈值设为g1～g6总计6个值，将变化率限制值的上限值及下限值设定为d1、d2、d3、d4，-d5、-d6、-d7、-d8总计8个阶段的情况。
此处，阈值满足g6＞g5＞g4＞g3＞g2＞e1的关系，变化率限制值的上限值及下限值的设定值满足d1＞d2＞d3＞d4＞-d5＞-d6＞-d7＞-d8的关系。通过这样增加阈值及变化率限制值的设定数，可根据输入侧电压降的大小，进行更精密的变化率限制值的设定。
图19与图17同样，是具有被设定成在预先决定的范围内相对于输入侧电压降(V1drop)的变化而连续变化的变化率限制值的上限值及下限值的情况的示例，可获得与图17同样的效果。
更具体而言，图19中，示出了将输入电压检测值V1s的阈值设为h1、h2、h3、h4总计4个值，将变化率限制值的上限值及下限值设定为d1、d2、-d3、-d4总计4个阶段的情况。此处，阈值满足h4＞h3＞h2＞h1的关系，变化率限制值的上限值及下限值的设定值满足d1＞d2＞-d3＞-d4的关系。通过这样使变化率限制值连续变化，可根据输入侧电压降的大小，更精密地控制变化率限制值。
标号说明
100DC/DC转换器、102电抗器、300控制部、310上位控制部、320转换器控制部、321电压目标值设定部、400电源、402电源内部阻抗、5负载、6布线阻抗、Vb电源输出端电压、Vbs电源输出端电压检测值、V1输入电压、V1drop输入侧电压降、V2输出电压、V2ref输出电压指令值、V2ref＊输出电压目标值、V1s输入电压检测值、V2s输出电压检测值、IL电抗器电流、ILs电抗器电流检测值。

Claims (8)

1.一种DC/DC转换器装置，其包括：
DC/DC转换器，该DC/DC转换器具有对从直流电源提供的输入电压进行升压或降压并将输出电压输出的功率转换部、及连接在所述功率转换部与所述直流电源之间的电抗器；及
控制部，该控制部生成与输出电压指令值对应的输出电压目标值，控制所述功率转换部以使所述输出电压追随所述输出电压目标值，该DC/DC转换器装置的特征在于，
所述控制部具有设定所述输出电压目标值的变化率限制值的变化率限制值设定部，通过对所述输出电压指令值施加利用所述变化率限制值的限制，从而生成所述输出电压目标值，
所述变化率限制值设定部求出用于对提供给所述DC/DC转换器的所述输入电压发生变动的量进行定量评价的指标值，在所述指标值处于预先决定的特定范围内的情况下，将所述变化率限制值朝缩小变化率的限制范围的方向进行设定变更。
2.如权利要求1所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
所述变化率限制值设定部在从变更前的变化率限制值设定变更为变更后的变化率限制值时，将变化率限制值分为2个阶段以上来阶段性地进行设定变更。
3.如权利要求1所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
所述变化率限制值设定部在从变更前的变化率限制值设定变更为变更后的变化率限制值时，使变化率限制值连续地单调增加或单调减少来进行设定变更。
4.如权利要求1所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
所述变化率限制值设定部在从变更前的变化率限制值设定变更为变更后的变化率限制值时，经由应用了滤波时间常数的一次延迟滤波器来进行设定变更。
5.如权利要求1至4中任一项所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
还包括第1传感器，该第1传感器检测提供给所述DC/DC转换器的所述输入电压，
所述变化率限制值设定部求出由所述第1传感器检测出的输入电压检测值，作为所述指标值，
在所述输入电压检测值小于第1阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的上限值朝降低方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围，
在所述输入电压检测值大于第2阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的下限值朝提高方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围。
6.如权利要求1至4中任一项所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
还包括第1传感器，该第1传感器检测提供给所述DC/DC转换器的所述输入电压，
所述变化率限制值设定部求出根据由所述第1传感器检测出的输入电压检测值计算出的输入电压下降值，作为所述指标值，
在所述输入电压下降值大于第3阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的上限值朝降低方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围，
在所述输入电压下降值小于第4阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的下限值朝提高方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围。
7.如权利要求1至4中任一项所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
还包括第2传感器，该第2传感器检测在所述DC/DC转换器内的所述电抗器中流过的电流，
所述变化率限制值设定部求出由所述第2传感器检测出的电抗器电流检测值，作为所述指标值，
在所述电抗器电流检测值大于第5阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的上限值朝降低方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围，
在所述电抗器电流检测值小于第6阈值的情况下，通过将所述变化率限制值的下限值朝提高方向进行设定变更，从而缩小所述变化率的限制范围。
8.如权利要求5至7中任一项所述的DC/DC转换器装置，其特征在于，
所述变化率限制值设定部进一步考虑所述输出电压指令值的大小来求出所述指标值。
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