CN109687696A - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源装置，能够有效抑制电压转换器中的启动后的浪涌电流，且容易实现。电源系统(S)具备第1电源、第2电源、从输入端将电压升压而输出向输出端的电压控制单元(VCU)、及控制VCU的电气控制单元(ECU)。VCU具备上臂、下臂、一端连接于输入端且另一端连接于上臂与下臂的连接中点的电抗器、及获取流向电抗器的电流的值的电流传感器。ECU在VCU的启动时，进行在将上臂的晶体管设为断开的状态下使下臂的晶体管的占空比(γ1)渐增的启动时控制后，进行使上臂的晶体管及下臂的晶体管互补地驱动的通常控制。ECU在启动时控制的执行中，使用由电流传感器所获取的电抗器电流的值，来判定是结束还是继续启动时控制。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及一种电源系统(system)，其具备两个电源和设在这些电源之间的电压转换器。
背景技术
近年来，提出有一种车辆的电源系统，其将特性不同的两个电源利用电压转换器予以连接，从而可在这些电源之间实现电力的贯通(例如参照专利文献1)。图5是示意性地表示此种具备两个电源的、以往的电源系统100的结构的图。
电源系统100具备第1电源101、特性与所述第1电源101不同的第2电源102、及设在这些电源101、102之间的电压转换器103。电压转换器103是所谓的双向直流-直流(DirectCurrent-Direct Current，DCDC)转换器(converter)，通过作为升压斩波器(chopper)进行动作，从而对第1电源101的输出电压进行升压而供给至第2电源102侧，或者通过作为降压斩波器进行动作，从而对第2电源102的输出电压进行降压而供给至第1电源101侧。当使电压转换器103作为升压斩波器进行动作时，其上臂(arm)105的开关(switching)元件与下臂104的开关元件以彼此互补的方式而进行通/断(ON/OFF)驱动。
图6是表示电压转换器103启动时的上臂105及下臂104的开关元件的控制的一例的时间图(time chart)。更具体而言，是表示在第1电源101的输出电压比第2电源102的输出电压低的状态下，如图6中的最上段所示，使上臂105及下臂104的开关元件互补地进行通/断驱动时的各种电流的变化的图。图6中，从下段起依序表示流经下臂104的二极管(diode)的电流ID1、流经上臂105的开关元件的电流IQ2、与流经电抗器(reactor)的电流IL。如图6所示，当第2电源102的输出电压高于第1电源101的输出电压时，在电压转换器103的启动时，有时会在电压转换器103的各种元件中从第2电源102侧朝向第1电源101侧产生大的浪涌电流。因此，在专利文献2或专利文献3中，展示了在如上所述的电源系统100中抑制浪涌电流的产生的技术。
在专利文献2中，揭示了一种技术：与进行电力贯通的两个电源各自对应地设置电压转换器，相对于其中一个电压转换器而使另一个电压转换器的启动延迟。在另一个电压转换器中，进行控制，以使得连接于输出端子间的上臂与下臂的串联连接体中的上臂的开关动作在启动后的规定期间内停止。由此，能够抑制浪涌电流流入另一个电压转换器。
在专利文献3中，揭示了一种技术：使设在电压不同的电源间的电压转换器中的上臂的开关动作在启动后停止，直至此电压转换器的输出电流值超过规定值为止。通过使上臂的开关动作在启动后的一定期间内停止，从而能够抑制浪涌电流。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2017-41973号公报
专利文献2：日本专利特开2009-296847号公报
专利文献3：日本专利特开2003-70238号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在专利文献2及专利文献3中揭示了：通过使上臂的开关动作在电压转换器启动后的一定期间内停止，从而抑制浪涌电流的流动。但是，在专利文献2中，对于实际上如何设定使上臂的开关动作停止的期间，并未作充分研讨。
另一方面，在专利文献3中揭示了：基于电压转换器的输出电流值，来设定为了抑制浪涌电流而使上臂的开关动作停止的期间。更详细而言，揭示了：对流向电压转换器的输出导线的电流值进行检测，基于此检测值来决定使上臂的开关动作停止的期间。然而，流向电压转换器的输出导线的电流呈下述现象，即，变化率根据电压转换器的输入/输出间的电位差而改变。此现象意味着，作为用于避免浪涌电流产生的判定基准的电流的阈值取决于输入/输出间的电位差。即，只要想基于流向电压转换器的输出导线的电流值来决定使上臂的开关动作停止的期间，就必须根据电压转换器的输入/输出间的电位差来重新设定判定阈值。因而，专利文献3所揭示的技术在实施时繁琐。
本发明的目的在于提供一种电源装置，能够有效抑制电压转换器中的启动后的浪涌电流，且容易实现。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的电源系统(例如后述的电源系统S)包括：第1电源(例如后述的第1电源1)；第2电源(例如后述的第2电源2)；电压转换器(例如后述的VCU 3)，输入端(例如后述的一次侧端子11、12)连接于所述第1电源且输出端(例如后述的二次侧端子21、22)连接于所述第2电源，从所述输入端将电压升压而输出向所述输出端；以及控制装置(例如后述的ECU5)，控制所述电压转换器，所述电压转换器包括：上臂(例如后述的上臂32)，具备一端连接于所述输出端的正极的开关元件(例如后述的晶体管(transistor)Q2)；下臂(例如后述的下臂31)，具备一端连接于所述上臂且另一端连接于所述输出端的负极的开关元件(例如后述的晶体管Q1)；电抗器(例如后述的电抗器L)，一端连接于所述输入端的正极，且另一端连接于所述上臂与所述下臂的连接中点(例如后述的连接中点33)；以及电抗器电流获取部件(例如后述的电流传感器35)，获取流经所述电抗器的电流的值，所述控制装置在所述电压转换器的启动时，进行在将所述上臂的开关元件设为断开(OFF)的状态下使所述下臂的开关元件的占空(duty)比(例如后述的占空比γ1)渐增的启动时控制(例如后述的图2的步骤S3～S8的处理)后，进行使所述上臂的开关元件及所述下臂的开关元件互补地驱动的通常控制(例如后述的图2的步骤S9的处理)，在所述启动时控制的执行中，使用由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值，来判定是结束还是继续所述启动时控制。
(2)此时，优选的是，所述控制装置在所述下臂的开关元件的占空周期中，由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值处于电流阈值(例如后述的电流阈值IL_th)以下的期间的长度为时间阈值(例如后述的时间阈值T_th)以下时，判定为结束所述启动时控制，所述电流阈值被设定为0或比0稍大的值，所述时间阈值被设定为比0稍大的值。
(3)此时，优选的是，所述控制装置在所述下臂的开关元件的占空周期的末期，由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值大于电流阈值(例如后述的电流阈值IL_th)时，判定为结束所述启动时控制，所述电流阈值被设定为比0稍大的值。
(4)此时，优选的是，所述电压转换器包括连接于所述输入端的正极与负极的平滑电容器(例如后述的一次侧平滑电容器C1)，所述电抗器电流获取部件是一电流传感器(例如后述的电流传感器35)，所述电流传感器产生与流经所述输入端的正极与所述电抗器之间或者所述电抗器与所述连接中点之间的电流相应的信号。
(5)此时，优选的是，所述控制装置基于判定为结束所述启动时控制的占空周期中的、所述下臂的开关元件的占空比(例如后述的占空比γ1)，来设定所述通常控制中的所述上臂的开关元件的占空比(例如后述的占空比γ2)。
[发明的效果]
(1)本发明的电源系统中，在电压转换器的启动时，进行在将上臂的开关元件设为断开的状态下使下臂的开关元件的占空比渐增的启动时控制后，进行使上臂的开关元件及下臂的开关元件互补地驱动的通常控制。此处，进行启动时控制的期间，上臂的开关元件被维持为断开，因此，即使在电压转换器的输出端侧的电压高于输入端侧的电压的情况下，也能够抑制从第2电源侧朝向第1电源侧的浪涌电流的产生。此处，在启动时控制中，下臂的开关元件的占空比越大，即，将下臂的开关元件设为导通(ON)的时间越长，则在电抗器中从第1电源侧流向第2电源侧的电流越大，甚至能够抑制过渡为通常控制时的浪涌电流。因此，本发明的电源系统中，在通过启动时控制来使下臂的占空比渐增的过程中，使用由电抗器电流获取部件所获取的电流的值，来判定是结束执行中的启动时控制而过渡到通常控制，还是继续执行中的启动时控制。由此，本发明的电源系统中，能够在与此时的输入端侧与输出端侧的电压差相应的适当的时机(timing)，即，在启动时控制下使下臂的占空比增加至与所述电压差相应的适当大小为止的状态下，结束启动时控制而过渡到通常控制，因此能够抑制向通常控制过渡时的浪涌电流的产生。另外，启动时控制的执行中的电压转换器的输出电流会根据此时的第1电源与第2电源的输出电压之差而变化，因此在如专利文献3的电源系统那样，基于电压转换器的输出电流值与阈值的比较来决定启动时控制的结束时期的情况下，必须根据输出电压之差来适当调整所述阈值。与此相对，本发明的电源系统中，如上所述，使用由电抗器电流获取部件所获取的电流的值，由此，无须使用电压差来调整阈值，而能够每次在适当的时机决定启动时控制的结束时期。
(2)将从第1电源侧朝向第2电源侧的方向的电流设为正，在启动时控制中，若将下臂的开关元件设为导通，则流经电抗器的电流朝向正方向增加，随后，若将下臂的开关元件设为断开，则朝向0减少。另外，在启动时控制，由于上臂的开关元件维持为断开，因此流经电抗器的电流不会变得比0小。此处，在启动时控制中，若使下臂的开关元件的占空比渐增，则在各占空周期中，将下臂的开关元件设为断开后，流经电抗器的电流下降至0为止的时期将变迟。因此，在各占空周期中，由电抗器电流获取部件所获取的电流的值为电流阈值以下的期间的长度，适合作为用于判定是结束还是继续启动时控制的参数。本发明的电源系统中，在此种期间的长度为被设定为比0稍大的值的时间阈值以下的情况下，判定为结束启动时控制，由此，能够在过渡至通常控制时不会产生浪涌电流的适当时机结束启动时控制。
(3)本发明的电源系统中，在下臂的开关元件的占空周期的末期，当由电抗器电流获取部件所获取的电流的值大于被设定为比0稍大的值的电流阈值时，判定为结束启动时控制。由此，即使考虑到电抗器电流获取部件所获取的电流值的精度，在刚刚过渡到通常控制之后流经电抗器的电流也不会朝向负方向变大，因此能够更切实地抑制浪涌电流。另外，本发明的电源系统中，使用在占空周期的末期所获取的电流的值来判定启动时控制的结束时期，因此较之必须对电流值的历史进行监控的所述(2)的发明，有运算负载变轻的优点。
(4)本发明的电源系统中，电抗器电流获取部件采用一电流传感器，所述电流传感器产生与流经平滑电容器所连接的输入端子的正极与电抗器之间、或者电抗器与连接中点之间的电流相应的信号。由此，能够精度良好地获取流经电抗器的电流的值，因此能够在过渡至通常控制时不会产生浪涌电流的适当时机结束启动时控制。
(5)本发明的电源系统中，基于判定为结束启动时控制的占空周期中的、下臂的开关元件的占空比，来设定通常控制中的上臂的开关元件的占空比。由此，能够更切实地抑制刚刚过渡到通常控制之后的浪涌电流的产生。
附图说明
图1是表示搭载本发明的一实施方式的电源系统的车辆的结构的图。
图2是表示启动VCU，利用VCU的升压功能来控制二次侧电压的具体流程的流程图。
图3是表示启动时控制的执行中的电抗器电流的变化的具体例的图。
图4是表示依照图2的流程图来启动VCU时所实现的各种电流的变化的时间图。
图5是示意性地表示具备两个电源的、以往的电源系统的结构的图。
图6是表示电压转换器的启动时的上臂及下臂的开关元件的控制的一例的时间图。
符号的说明
1、101：第1电源
1n：第1负极电力线(第1电力线)
1p：第1正极电力线(第1电力线)
2、102：第2电源
2n：第2负极电力线(第2电力线)
2p：第2正极电力线(第2电力线)
3：VCU(电压转换器)
4：逆变器
5：ECU(控制装置)
10：一次侧电压传感器
11：一次侧端子(输入端、一次侧正极端子)
11a：第1导体部
11b：第2导体部
12：一次侧端子(输入端、一次侧负极端子)
20：二次侧电压传感器
21：二次侧端子(输出端、二次侧正极端子)
22：二次侧端子(输出端、二次侧负极端子)
31、104：下臂
32、105：上臂
33：连接中点
35：电流传感器(电抗器电流获取部件)
100：电源系统
103：电压转换器
C1：一次侧平滑电容器(平滑电容器、第1平滑电容器)
C2：二次侧平滑电容器
d：初始值
D1、D2：反并联二极管
ID1、ID2、IQ1、IQ2：电流
IL：电抗器电流
IL_th：电流阈值
L：电抗器
M：马达
P1、P2：栅极驱动信号
Q1、Q2：晶体管(开关元件)
S：电源系统
S1～S9：步骤
t1～t5、t10～t21：时刻
T：占空周期
T_th：时间阈值
V：车辆
V1：一次侧电压
V2：二次侧电压
V2_cmd：目标二次电压
W：驱动轮
γ1、γ2：占空比
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
图1是表示搭载本实施方式的电源系统S的车辆V的结构的图。另外，本实施方式中，作为车辆V，以具备两个电源和设在这些电源之间的电压转换器的所谓电动汽车为例来进行说明，但本发明并不限于此。本发明的电源系统并不限于电动汽车，只要是混合动力(hybrid)车辆或燃料电池汽车等具备两个以上的电源和设在这些电源之间的电压转换器的车辆，则也可适用于任何车辆。
车辆V具备电源系统S、马达(motor)M及驱动轮W。马达M主要产生供车辆V行驶的动力。马达M连接于驱动轮W。通过从电源系统S对马达M供给电力而由马达M产生的扭矩(torque)经由未图示的动力传递机构而传递至驱动轮W，使驱动轮W旋转，从而使车辆V行驶。而且，马达M在车辆V的减速再生时作为发电机发挥作用。由马达M所发电的电力被充电至电源系统S所具备的后述的第1电源1或第2电源2。
电源系统S具备第1电源1、第2电源2、电压转换器3(以下使用“VCU(VoltageControl Unit，电压控制单元)3”这一简称)、逆变器(inverter)4、以及控制VCU 3及逆变器4的电子控制单元5(以下使用“ECU(Electrical Control Unit，电气控制单元)5”这一简称)。
第1电源1是输出直流的直流电源，其正极及负极分别经由第1正极电力线1p及第1负极电力线1n(以下，也将它们总称作“第1电力线1p、1n”)而连接于VCU 3的一次侧正极端子11及一次侧负极端子12(以下，也将它们总称作“一次侧端子11、12”)。第1电源1是包含二次电池或电容器等可进行放电及充电的蓄电装置、以及将蓄电装置与第1电力线1p、1n电连接或阻断的接触器(contactor)等而构成。
第2电源2是输出直流的直流电源，其正极及负极分别经由第2正极电力线2p及第2负极电力线2n(以下，也将它们总称作“第2电力线2p、2n”)而连接于VCU 3的二次侧正极端子21及二次侧负极端子22(以下，也将它们总称作“二次侧端子21、22”)。第2电源2是包含二次电池或电容器等可进行放电及充电的蓄电装置、以及将所述蓄电装置与第2电力线2p、2n电连接或阻断的接触器等而构成。另外，在车辆V为燃料电池车辆的情况下，对于第2电源2，取代蓄电装置而使用燃料电池堆。
逆变器4例如是具备将多个开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT))桥(bridge)接而构成的桥电路的、基于脉宽调制的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)逆变器，具备对直流电力与交流电力进行转换的功能。逆变器4在其直流输入/输出侧连接于第2电力线2p、2n，在交流输入/输出侧连接于马达M的U相、V相、W相的各线圈(coil)。
逆变器4是将与马达M的U相连接的高(high)侧U相开关元件及低(low)侧U相开关元件、与马达M的V相连接的高侧V相开关元件及低侧V相开关元件、和与马达M的W相连接的高侧W相开关元件及低侧W相开关元件对应于每相而桥接地构成。逆变器4依照从ECU 5的栅极驱动(gate drive)电路在规定时机生成的栅极驱动信号来对所述各相的开关元件进行通/断驱动，由此将从第2电力线2p、2n供给的直流电力转换为交流电力并供给至马达M，或者将从马达M供给的交流电力转换为直流电力并供给至第2电力线2p、2n。
在第1电力线1p、1n上，设有一次侧电压传感器10，所述一次侧电压传感器10对VCU3的一次侧端子11、12之间的电压进行检测，并将与检测值相应的信号发送至ECU 5。以下，将由一次侧电压传感器10所检测的电压，即，VCU 3的一次侧端子11、12之间的电压也称作一次侧电压V1。另外，所述一次侧电压V1基本上与第1电源1的输出电压相等。
在第2电力线2p、2n上，设有二次侧电压传感器20，所述二次侧电压传感器20对VCU3的二次侧端子21、22之间的电压进行检测，并将与检测值相应的信号发送至ECU 5。以下，将由二次侧电压传感器20所检测的电压，即，VCU 3的二次侧端子21、22之间的电压也称作二次侧电压V2。另外，所述二次侧电压V2基本上与第2电源2的输出电压相等。
VCU 3是将具有作为开关元件的晶体管Q1的下臂31、具有作为开关元件的晶体管Q2的上臂32、电抗器L、一次侧平滑电容器C1、二次侧平滑电容器C2、电流传感器35、一次侧端子11、12与二次侧端子21、22予以组合而构成的所谓双向DCDC转换器。
下臂31的晶体管Q1的发射极(emitter)连接于二次侧负极端子22，上臂32的晶体管Q2的集电极(collector)连接于二次侧正极端子21。而且，晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的发射极在连接中点33处连接。而且，在这些晶体管Q1、Q2上分别连接有反并联二极管D1、D2。反并联二极管D1的顺方向是从连接中点33朝向二次侧正极端子21的方向，反并联二极管D2的顺方向是从二次侧负极端子22朝向连接中点33的方向。
对于这些晶体管Q1、Q2，使用功率双极型晶体管、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)、功率金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管等。晶体管Q1的开关动作是依照从ECU 5的栅极驱动电路在规定的时机生成的栅极驱动信号P1而受到控制。而且，晶体管Q2的开关动作是依照从ECU 5的栅极驱动电路在规定的时机生成的栅极驱动信号P2而受到控制。
电抗器L连接于一次侧正极端子11与连接中点33之间。一次侧平滑电容器C1连接于一次侧正极端子11与一次侧负极端子12之间。二次侧平滑电容器C2连接于二次侧正极端子21与二次侧负极端子22之间。
电流传感器35被设于将一次侧正极端子11与电抗器L的一端予以连接的第1导体部11a，将与流经所述第1导体部11a的电流相应的检测信号发送至ECU 5。另外，所述电流传感器35也可使用如下所述者，即，设于将电抗器L的另一端与连接中点33予以连接的第2导体部11b，将与流经所述第2导体部11b的电流相应的检测信号发送至ECU 5。以下，将由所述电流传感器35所检测的电流，即，流经电抗器L的电流也称作电抗器电流IL。而且，所述电抗器电流IL是将从第1电源1朝向第2电源2的方向设为正。而且，电流传感器35也可如通常的电流计那样介插在作为计测对象的电流所流经的导体部的中途，但也可如使用霍尔(Hall)元件的钳(clamp)式电流计那样，以围绕作为计测对象的电流所流经的导体部的方式而设。
以上述方式构成的VCU 3具备：升压功能，通过来自ECU 5的栅极驱动信号P1、P2而作为升压斩波器进行动作，由此，从一次侧端子11、12使电压升压并输出至二次侧端子21、22；以及降压功能，通过来自ECU 5的栅极驱动信号P1、P2而作为降压斩波器进行动作，由此，从二次侧端子21、22使电压降压并输出至一次侧端子11、12。
ECU 5是负责车辆V的行驶控制，更具体而言，负责VCU 3及逆变器4的控制的微型计算机(micro computer)。
图2是表示在ECU 5中启动VCU 3，利用VCU 3的升压功能来将二次侧电压V2控制为规定的目标二次电压V2_cmd的具体流程的流程图。图2的流程图是在VCU 3停止的状态，即，晶体管Q1、Q2为断开的状态下，根据VCU 3的启动请求的产生而在ECU 5中执行。
首先，在步骤S1中，ECU 5设定相对于二次侧电压V2的目标二次电压V2_cmd。所述目标二次电压V2_cmd例如是根据第1电源1与第2电源2的电力负担比例等而通过ECU 5中的运算来设定。
接下来，在步骤S2中，ECU 5对由一次侧电压传感器10所检测的一次侧电压V1与由二次侧电压传感器20所检测的二次侧电压V2进行比较，判定一次侧电压V1是否低于二次侧电压V2(V1＜V2)。
若步骤S2的判定结果为是(YES)，即，若即将启动VCU 3之前的一次侧电压V1低于二次侧电压V2，则ECU 5为了抑制参照图5及图6所说明的浪涌电流的产生，而执行包含步骤S3～S8的启动时控制后，过渡至步骤S9的通常控制。而且，若步骤S2的判定结果为否(NO)，即，若即将启动VCU 3之前的一次侧电压V1为二次侧电压V2以上，则ECU 5判断为即使不执行所述启动时控制也无产生浪涌电流之虞，并移至步骤S9，立即开始通常控制。
在步骤S9中，ECU 5执行VCU 3的通常控制。在所述通常控制中，ECU 5使下臂31的晶体管Q1及上臂32的晶体管Q2互补地驱动。此处，所谓使晶体管Q1、Q2互补地驱动，具体是指使晶体管Q1在规定的占空比γ1[％]之下进行通/断驱动，并且在将晶体管Q1设为导通的期间，将晶体管Q2设为断开，且在将晶体管Q1设为断开的期间，将晶体管Q2设为导通。此处，晶体管Q1的占空比γ1在设占空周期为T[sec]、在此占空周期T的期间将晶体管Q1设为导通的期间为t1[sec]时，以γ1＝t1/T×100来表示。而且，在所述通常控制中，晶体管Q2的占空比γ2[％]是使用占空比γ1而以100-γ1来表示。
而且，ECU 5在开始通常控制的最初，将晶体管Q1的占空比γ1设为被设定为比0稍大的值的初始值，随后，使占空比γ1朝向基于目标二次电压V2_cmd与一次侧电压V1所设定的目标比(例如V1-V1/V2_cmd)而以规定的速率(rate)渐增。而且，ECU 5在使占空比γ1渐增的同时，将晶体管Q2的占空比γ2设为被设定为比100稍小的值的初始值，使其从所述初始值朝向目标比(例如1-V1+V1/V2_cmd)而以规定的速率渐减。ECU 5在通常控制中，以实现如上所述的占空比γ1、γ2的方式生成栅极驱动信号P1、P2，在所述栅极驱动信号P1、P2下对晶体管Q1、Q2进行通/断驱动，由此，将二次侧电压V2控制为目标二次电压V2_cmd。
另一方面，若步骤S2的判定结果为是，而判定为要在开始所述通常控制之前执行启动时控制，则ECU 5将上臂32的晶体管Q2的占空比γ2设定为0[％](参照步骤S3)。
接下来，在步骤S4中，ECU 5将下臂31的晶体管Q1的占空比γ1设定为初始值d[％]，所述初始值d[％]被设定为比0稍大的值。
接下来，在步骤S5中，ECU 5以实现占空比γ1的当前设定值的方式来生成栅极驱动信号P1，在所述栅极驱动信号P1下，在预定的占空周期T内对晶体管Q1进行通/断驱动。另外，如上所述，晶体管Q2的占空比γ2被设定为0，因此ECU 5在执行启动时控制的期间，将晶体管Q2维持为断开状态。因此，在执行启动时控制的期间，即使二次侧电压V2高于一次侧电压V1，也能够抑制从第2电源2侧朝向第1电源1侧的方向的浪涌电流的产生。
接下来，在步骤S6中，ECU 5使用在当前的占空周期内由电流传感器35所检测的电抗器电流IL，由此来判别是否已到达结束启动时控制的时期，换言之，是否已到达即使结束启动时控制并过渡至通常控制也不会产生浪涌电流的时期。若步骤S6的判别为否，而判断为尚未到达结束启动时控制的时期，则ECU 5为了继续启动时控制而使晶体管Q1的占空比γ1增加被决定为比0稍大的值的规定幅度Δ[％](参照S7)，在此占空比γ1下对晶体管Q1进行通/断驱动し(参照步骤S5)，并再次判别是否已到达结束启动时控制的时期(参照步骤S6)。如上所述，在启动时控制中，ECU 5一边在将上臂32的晶体管Q2设为断开的状态下使下臂31的晶体管Q1的占空比γ1渐增，一边每隔占空周期T而判别是否已到达结束启动时控制的时期。
此处，对于使用电抗器电流IL来判别是否已到达结束启动时控制的时期的具体流程，一边参照图3一边进行说明。
图3是表示启动时控制的执行中的、电抗器电流IL的变化的具体例的图。另外，在图3中，以实线来表示将晶体管Q1的占空比γ1设为规定值a的情况，以虚线来表示将占空比γ1设为比规定值a大的规定值b的情况。而且，以一点划线来表示假设与通常控制同样地使晶体管Q2相对于晶体管Q1而互补地驱动的情况。而且，在图3中，时刻t1至时刻t5为一个占空周期。
如图3中以实线所示，当在时刻t1将晶体管Q1由断开设为导通时，电抗器电流IL开始朝向正的方向增加。随后，当在时刻t2将晶体管Q1由导通设为断开时，电抗器电流IL开始减少，在时刻t4减少至0为止。而且，在启动时控制中，由于将上臂32的晶体管Q2维持为断开状态，因此从时刻t4直至下个占空周期的开端即时刻t5为止，电抗器电流IL为0。
此处，如图3中以一点划线所示，当在时刻t4将晶体管Q1设为断开并且将晶体管Q2设为导通时，电流从更高电位即第2电源2侧朝向第1电源1侧流动，因此电抗器电流IL开始朝向负方向增加。这意味着：若在将晶体管Q1的占空比γ1设为规定值a的状态下由启动时控制过渡至通常控制，而开始使晶体管Q1、Q2互补地驱动，则有可能朝向负方向发生浪涌电流。即，这意味着：尚未到达结束启动时控制的时期。
另一方面，如图3中以虚线所示，当将占空比γ1设为规定值b，而以比将占空比γ1设为规定值a的情况长的时间(时刻t1～t3)来将晶体管Q1设为导通时，电抗器电流IL增加至比将占空比γ1设为规定值a时大的值。而且，当在时刻t3将晶体管Q1设为断开时，电抗器电流IL开始减少，在下个占空周期的开端即时刻t5减少至0附近为止。因此，在将占空比γ1设为规定值b的情况下，在一个占空周期内，电抗器电流IL始终被维持为0以上的值。此时能够判断为：与将占空比γ1设为规定值a的情况不同，即使过渡至通常控制也无产生浪涌电流之虞。即，这意味着：已到达结束启动时控制的时期。
ECU 5考虑如上所述的电抗器电流IL的特性，使用在启动时控制的执行中由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值，由此来判定是否已到达结束启动时控制的时期。更具体而言，考虑到电流传感器35的检测值存在误差的情况，ECU 5在作为对象的占空周期内，由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值处于电流阈值IL_th以下的期间的长度为时间阈值T_th以下时，判定为结束启动时控制，所述电流阈值IL_th被设定为0或比0稍大的值，所述时间阈值T_th被设定为比0稍大的值。
而且，如图3所示，在启动时控制中，电抗器电流IL存在下述倾向，即，在刚刚将晶体管Q1设为断开之后达到峰值(peak)，随后朝向0减少。因此，ECU 5也可在作为对象的占空周期的末期(图3的示例中为时刻t5)，由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值大于所述电流阈值IL_th时，判定为结束启动时控制。另外，当利用此方法来进行判定时，优选的是，考虑到电流传感器35的检测值存在误差的情况，而将电流阈值IL_th设定为比0稍大的值。
返回图2，ECU 5在步骤S6中判断为已到达结束启动时控制的时期时，为了过渡到通常控制而移至步骤S8。在步骤S8中，ECU 5对在下个步骤中开始的通常控制中的晶体管Q1、Q2的占空比γ1、γ2的初始值进行设定。ECU5直接采用当前时间点，即，判定为结束启动时控制的时间点的占空比γ1的值，来作为通常控制中的占空比γ1的初始值。而且，ECU 5基于当前时间点的占空比γ1的值，来设定通常控制中的占空比γ2的初始值。更具体而言，ECU 5将从1减去当前时间点的占空比γ1所得的值，设定为通常控制中的占空比γ2的初始值(γ2＝1-γ1)。随后，ECU 5在如以上那样设定的占空比γ1、γ2的初始值下，如上述那样开始VCU 3的通常控制。
图4是表示依照图2的流程图来启动VCU 3时所实现的各种电流的变化的时间图。图4中表示即将启动VCU 3之前的一次侧电压V1低于二次侧电压V2时的控制例。更具体而言，表示从时刻t10直至时刻t16进行了启动时控制(图2的步骤S3～S8)后，而从时刻t16开始过渡至通常控制(图2的步骤S9)的情况。
而且，在图4中，从上段开始依序表示下臂31的晶体管Q1、上臂32的晶体管Q2、电抗器电流IL(将从一次侧正极端子11朝向连接中点33的方向设为正)、流经下臂31的晶体管Q1的电流IQ1(将从晶体管Q1的集电极朝向发射极的方向设为正)、流经上臂32的反并联二极管D2的电流ID2(将二极管D2的顺方向设为正)、流经上臂32的晶体管Q2的电流IQ2(将从晶体管Q2的集电极朝向发射极的方向设为正)、及流经下臂31的反并联二极管D1的电流ID1(将二极管D1的顺方向设为正)。
在时刻t10～t16的启动时控制中，ECU 5一边将上臂32的晶体管Q2维持为断开状态，一边使下臂31的晶体管Q1的占空比γ1从0附近开始在每一个占空周期逐次增加规定幅度Δ，一边在此占空比γ1下对晶体管Q1进行通/断驱动。即，如图4所示，晶体管Q1的导通占空期间逐渐变长。
而且，在时刻t10～t16的启动时控制中，由于上臂32的晶体管Q2被维持为断开状态，因此流经晶体管Q2的电流IQ2为0。而且，由于下臂31的二极管D1也为逆偏压状态，因此流经二极管D1的电流ID1也为0。
此处，着眼于时刻t10～t12中的第1个占空周期，对在启动时控制中实现的各种电流的变化进行说明。首先，当从时刻t10开始，在依据此时的占空比γ1而设定的导通占空期间内将晶体管Q1设为导通时，电抗器电流IL以朝向正方向增加的方式而作为晶体管Q1的电流IQ1来流动。电流IQ1在导通占空期间的末端达到峰值。并且，当在晶体管Q1的导通占空期间的末端，将晶体管Q1设为断开时，正方向的电抗器电流IL朝向0减少，并作为二极管D2的电流ID2而流动。
随后，在时刻t11，电抗器电流IL的正方向流动减少而到达0。此处，由于晶体管Q2被维持为断开状态，因此即使一次侧电压V1与二次侧电压V2存在差异，电抗器电流IL也不会朝负方向流动，而是在维持为0的状态下到达第1个占空周期的末端(时刻t12)。
此处，在图4中，以一点划线来表示使晶体管Q2相对于晶体管Q1而互补地进行驱动时所实现的电抗器电流IL。如所述一点划线所示，假设在时刻t11将晶体管Q2设为导通，则由于确保电抗器电流IL的负方向的流路，因此电抗器电流IL开始朝向负方向增加。因此可认为，假设在时刻t12结束启动时控制而过渡至通常控制，则会产生浪涌电流。
另外，在第2个占空周期(时刻t12以后)、第3个占空周期(时刻t13～t14)、第4个占空周期(时刻t14以后)及第5个占空周期(时刻t15～t16)内，晶体管Q1是一边使其占空比γ1逐渐增加一边受到通/断驱动(参照图2的步骤S7)。因此，电抗器电流IL、晶体管Q1的电流IQ1及二极管D2的电流ID2使其峰值增加，且定性地呈现与第1个占空周期(时刻t10～t12)相同的行为。
而且，在第5个占空周期(时刻t15～t16)内，对应于已将晶体管Q1的占空比γ1提高到适度的大小的情况，电抗器电流IL的值处于电流阈值IL_th以下的期间的长度成为时间阈值T_th以下。与此相应地，ECU 5判断为，即使从下个占空周期过渡至通常控制也不会产生浪涌电流，因而结束启动时控制，并在第6个占空周期以后(时刻t16以后)开始通常控制(参照图2的步骤S6)。
在通常控制中，ECU 5使晶体管Q1、Q2彼此互补地进行通/断驱动。而且，在过渡至通常控制后的首个占空周期即第6个占空周期(时刻t16以后)内，ECU 5对于晶体管Q1的占空比γ1，将判定为结束启动时控制的占空周期(即，第5个占空周期)中的占空比γ1设为初始值来开始通/断驱动(参照图2的步骤S8)。而且，对于晶体管Q2的占空比γ2，将基于判定为结束启动时控制的占空周期中的占空比γ1而设定的值设为初始值来开始通/断驱动(参照图2的步骤S8)。这样，从启动时控制过渡至通常控制时，晶体管Q1的占空比γ1已提高至适当的大小，因此也不会产生浪涌电流。
而且，在随后的第7个占空周期(时刻t17～t18)、第8个占空周期(时刻t18～t19)、第9个占空周期(时刻t20～t21)内，ECU 5使晶体管Q1的占空比γ1逐渐增加至最终实现目标二次电压V2_cmd的目标比为止。而且，同时，使晶体管Q2的占空比γ2逐渐减少至最终实现目标二次电压V2_cmd的目标比为止。
根据本实施方式的电源系统S，起到以下效果。
(1)电源系统S中，在VCU 3的启动时，进行在将上臂32的晶体管Q2设为断开的状态下使下臂31的晶体管Q1的占空比γ1渐增的启动时控制后，进行使上臂32的晶体管Q2及下臂31的晶体管Q1互补地驱动的通常控制。此处，进行启动时控制的期间，上臂32的晶体管Q2被维持为断开，因此，即使在二次侧电压V2高于一次侧电压V1的情况下，也能够抑制从第2电源2侧朝向第1电源1侧的浪涌电流的产生。电源系统S中，在通过启动时控制而使下臂31的占空比γ1渐增的过程中，使用由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值，来判定是结束执行中的启动时控制而过渡至通常控制，还是继续执行中的启动时控制。由此，在电源系统S中，能够在与此时的一次侧电压V1与二次侧电压V2的差相应的适当时机，即，在启动时控制下使下臂31的占空比γ1增加至与所述电压差相应的适当大小为止的状态下，结束启动时控制而过渡到通常控制，因此能够抑制向通常控制过渡时的浪涌电流的产生。而且，电源系统S中，使用由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值，由此，无须使用电压V1、V2的差来调整阈值，而能够每次在适当的时机决定启动时控制的结束时期。
(2)此处，在启动时控制中，若使下臂31的晶体管Q1的占空比γ1渐增，则在各占空周期中，将下臂31的晶体管Q1设为断开后，流经电抗器L的电流下降至0为止的时期变迟。因而，在各占空周期中，由电流传感器35所获取的电抗器电流IL的值为电流阈值IL_th以下的期间的长度，适合作为用于判定是结束还是继续启动时控制的参数。电源系统S中，在此种期间的长度为被设定为比0稍大的值的时间阈值T_th以下的情况下，判定为结束启动时控制。由此，能够在过渡至通常控制时不会产生浪涌电流的适当时机结束启动时控制。
(3)电源系统S中，在下臂31的晶体管Q1的占空周期的末期，当由电流传感器35所检测的电抗器电流IL的值大于被设定为比0稍大的值的电流阈值IL_th时，判定为结束启动时控制。由此，即使考虑到电流传感器35的检测精度，在刚刚过渡到通常控制之后流经电抗器L的电抗器电流IL也不会朝向负方向变大，因此能够更切实地抑制浪涌电流。另外，此时，使用在占空周期的末期所获取的电抗器电流IL的值来判定启动时控制的结束时期，因此，较之如上述那样对电抗器电流IL的值的历史进行监控以判定启动时控制的结束时期的情况，有运算负载变轻的优点。
(4)电源系统S中，作为电流传感器35，使用如下所述者，其产生与流经一次侧平滑电容器C1所连接的一次侧正极端子11与电抗器L之间、或电抗器L与连接中点33之间的电流相应的信号。由此，能够精度良好地获取流经电抗器L的电抗器电流IL的值，因此能够在过渡至通常控制时不会产生浪涌电流的适当时机结束启动时控制。
(5)电源系统S中，基于判定为结束启动时控制的占空周期中的、下臂31的晶体管Q1的占空比γ1，来设定通常控制中的上臂32的晶体管Q2的占空比γ2。由此，能够更切实地抑制刚刚过渡到通常控制之后的浪涌电流的产生。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于此。也可在本发明的主旨的范围内适当变更细节结构。

Claims (5)

1.一种电源系统，其包括：
第1电源；
第2电源；
电压转换器，输入端连接于所述第1电源且输出端连接于所述第2电源，将从所述输入端的电压升压而向所述输出端输出；以及
控制装置，控制所述电压转换器，所述电源系统的特征在于，
所述电压转换器包括：
上臂，具备一端连接于所述输出端的正极的开关元件；
下臂，具备一端连接于所述上臂且另一端连接于所述输出端的负极的开关元件；
电抗器，一端连接于所述输入端的正极，且另一端连接于所述上臂与所述下臂的连接中点；以及
电抗器电流获取部件，获取流经所述电抗器的电流的值，
所述控制装置在所述电压转换器的启动时，进行在将所述上臂的开关元件设为断开的状态下使所述下臂的开关元件的占空比渐增的启动时控制后，进行使所述上臂的开关元件及所述下臂的开关元件互补地驱动的通常控制，在所述启动时控制的执行中，使用由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值，来判定是结束还是继续所述启动时控制。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述控制装置在所述下臂的开关元件的占空周期中，由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值处于电流阈值以下的期间的长度为时间阈值以下时，判定为结束所述启动时控制，所述电流阈值被设定为0或比0稍大的值，所述时间阈值被设定为比0稍大的值。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述控制装置在所述下臂的开关元件的占空周期的末期，由所述电抗器电流获取部件所获取的电流的值大于电流阈值时，判定为结束所述启动时控制，所述电流阈值被设定为比0稍大的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源系统，其特征在于，所述电压转换器包括连接于所述输入端的正极与负极的平滑电容器，
所述电抗器电流获取部件是一电流传感器，所述电流传感器产生与流经所述输入端的正极与所述电抗器之间或者所述电抗器与所述连接中点之间的电流相应的信号。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电源系统，其特征在于，所述控制装置基于判定为结束所述启动时控制的占空周期中的、所述下臂的开关元件的占空比，来设定所述通常控制中的所述上臂的开关元件的占空比。
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