CN114094822A - 电力供给系统、控制装置以及电抗器电流测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力供给系统、控制装置以及电抗器电流测定方法。电力供给系统的控制装置(7)具有：取样周期设定部(32)，以在DC－DC转换器(3)的开关元件(13)的开关周期中电抗器电流增加的第1期间的长度与在开关周期中电抗器电流衰减的第2期间的长度的每一个和取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由电流表(6)测定的在DC－DC转换器(3)的电抗器(11)流动的电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；和电流测定部(33)，按每个取样周期对由电流表(6)测定的电抗器电流的测定值进行取样，通过使在开关周期中被进行了取样的电抗器电流的测定值平均化，来对开关周期中的电抗器电流的平均值进行测定。

Description

电力供给系统、控制装置以及电抗器电流测定方法
技术领域
本发明涉及具有对被输入的直流电力进行变压的DC－DC转换器的电力供给系统、对这样的DC－DC转换器进行控制的控制装置以及对在DC－DC转换器所具有的电抗器中流动的电抗器电流进行测定的电抗器电流测定方法。
背景技术
为了使从燃料电池等直流电源供给的直流电力升压，有时利用升压型的DC－DC转换器(以下，将DC－DC转换器简称为转换器)。这样的升压型的转换器例如具有电抗器与开关元件。而且，通过对开关元件成为接通的期间相对于开关元件的开关周期之比、即占空比进行控制，能够控制在电抗器中流动的电流(以下，有时简称为电抗器电流)，作为其结果，能够控制从转换器输出的电压相对于输入至转换器的电压的变压比(在该例子中为升压比)。因此，为了恰当地控制变压比，要求准确地测定电抗器电流。鉴于此，提出了一种测定转换器的电抗器电流的技术(例如，参照日本特开2010－279151号公报)。
例如，日本特开2010－279151号公报所记载的平均电抗器电流检测装置对在开关元件的开关控制的周期中是否存在电抗器的电流值非线性变化的期间进行判定。而且，该平均电抗器电流检测装置在存在这样的期间的情况下，基于电压变换器的输入电压、输出电压、电抗器的值以及开关元件的接通(ON)期间与断开(OFF)期间的比率，来推断开关控制的周期中的电抗器的电流量的平均值。
根据上述技术，升压转换器的开关元件的开关控制的周期中的电抗器电流的平均值的测定值的可靠性提高。但是，要求更高精度地测定升压转换器的电抗器电流的方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，提供能够提高DC－DC转换器的电抗器电流的测定精度的电力供给系统。
根据本发明的一个方式，提供一种电力供给系统。该电力供给系统具有：电源，供给直流电力；DC－DC转换器，具有与电源连接的电抗器和与电抗器的一端连接的开关元件，该DC－DC转换器通过开关元件反复接通与断开来对在电抗器流动的电抗器电流进行控制而使从电源供给的直流电力变压；以及控制装置，对DC－DC转换器进行控制。控制装置具有：取样周期设定部，以在开关元件反复接通与断开的开关周期中电抗器电流增加的第1期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值和在开关周期中电抗器电流衰减的第2期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定电抗器电流的电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；以及电流测定部，按所设定的每个取样周期对由电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样，通过使在开关周期中被进行了取样的电抗器电流的测定值平均化，来对开关周期中的电抗器电流的平均值进行测定。
在该电力供给系统中，优选控制装置的取样周期设定部针对多个取样周期的候补的每一个，计算从对与该候补对应的开关周期中的取样次数乘以开关元件成为接通的期间相对于开关周期的占空比而得的值直到最接近该值的整数为止的第1距离，并基于针对多个取样周期的候补的每一个的第1距离来决定多个取样周期的候补中的、第1期间的长度与该候补的整数倍之间的差值为最小的候补，将决定出的候补设定为取样周期。
另外，优选该电力供给系统还具有测定向DC－DC转换器输入的输入电压的第1电压表和测定来自DC－DC转换器的输出电压的第2电压表。而且，优选控制装置还具有动作模式判定部，该动作模式判定部基于输入电压、输出电压以及占空比来判定DC－DC转换器的动作模式是在开关周期中存在不流动电抗器电流的期间的不连续模式还是在开关周期中不存在不流动电抗器电流的期间的连续模式，取样周期设定部在DC－DC转换器的动作模式是不连续模式的情况下，针对多个取样周期的候补的每一个，进一步计算从对与该候补相当的开关周期中的取样次数乘以第2期间相对于开关周期的比而得到的值直到最接近该值的整数为止的第2距离，并基于针对多个取样周期的候补的每一个的第1距离以及第2距离来决定多个取样周期的候补中的、第1期间的长度与该候补的整数倍之间的差值和第2期间的长度与该候补的整数倍之间的差值之和被最小化的候补，将决定出的候补设定为取样周期。
在这种情况下，优选取样周期设定部在DC－DC转换器的动作模式是连续模式的情况下，针对多个取样周期的候补的每一个计算将第1距离与从1减去第1距离而得到的值的积除以与该候补对应的开关周期中的取样次数的平方所得的判定值，并将该判定值为最小的候补设定为取样周期。
或者，优选取样周期设定部在DC－DC转换器的动作模式是不连续模式的情况下，针对多个取样周期的候补的每一个计算将第1距离与从1减去第1距离而得到的值的积和对第2距离与从1减去第2距离而得到的值的积乘以与输出电压相对于输入电压的比对应的系数而得到的值之和除以与该候补对应的开关周期中的取样次数的平方所得的判定值，并将该判定值为最小的候补设定为取样周期。
根据本发明的其他方式，提供一种控制装置，该控制装置对DC－DC转换器进行控制，该DC－DC转换器具有与电源连接的电抗器和与电抗器的一端连接的开关元件，并通过开关元件反复接通与断开来对在电抗器流动的电抗器电流进行控制而使从电源供给的直流电力变压。该控制装置具有：取样周期设定部，以在开关元件反复接通与断开的开关周期中电抗器电流增加的第1期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值和在开关周期中电抗器电流衰减的第2期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定在电抗器中流动的电抗器电流的电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；以及电流测定部，按所设定的每个取样周期对由电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样，通过使在开关周期中被进行了取样的电抗器电流的测定值平均化，来对开关周期中的电抗器电流的平均值进行测定。
根据本发明的又一个方式，提供一种对在DC－DC转换器中流经电抗器的电抗器电流进行测定的测定方法，其中，该DC－DC转换器具有与电源连接的电抗器和与电抗器的一端连接的开关元件，并通过开关元件反复接通与断开来对流经电抗器的电抗器电流进行控制而使从电源供给的直流电力变压。该测定方法包括：以在开关元件反复接通与断开的开关周期中电抗器电流增加的第1期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值和在开关周期中电抗器电流衰减的第2期间的长度与取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定流经电抗器的电抗器电流的电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样的取样周期，按所设定的每个取样周期对由电流表测定的电抗器电流的测定值进行取样，通过使在开关周期中被进行了取样的电抗器电流的测定值平均化，来对开关周期中的电抗器电流的平均值进行测定。
本发明涉及的电力供给系统起到能够提高DC－DC转换器的电抗器电流的测定精度这一效果。
附图说明
图1是一个实施方式涉及的电力供给系统的简要结构图。
图2是与包括电抗器电流测定处理的DC－DC转换器的控制处理有关的控制器的处理器的功能框图。
图3A是作为比较例而表示开关周期中的接通期间不成为取样周期的整数倍的情况下的、开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的一个例子的图。
图3B是作为比较例而表示开关周期中的接通期间不成为取样周期的整数倍的情况下的、开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的一个例子的图。
图4是表示开关周期中的接通期间成为取样周期的整数倍的情况下的、开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的一个例子的图。
图5是升压转换器以连续模式进行动作的情况下的、取样周期的设定的概要的说明图。
图6是升压转换器以不连续模式进行动作的情况下的、取样周期的设定的概要的说明图。
图7是本实施方式涉及的包括电抗器电流测定处理的DC－DC转换器的控制处理的动作流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对具有转换器的电力供给系统、控制转换器的控制装置以及由该电力供给系统执行的电抗器电流测定处理进行说明。该电力供给系统对转换器所具有的开关元件反复成为接通的状态与成为断开的状态的周期、即开关周期中的流经电抗器的电流(即，电抗器电流)的平均值进行测定。此时，该电力供给系统以在开关周期中开关元件成为接通的期间以及从开关元件从接通成为断开的时机至电抗器电流成为零或者极小值为止的期间的每一个与对电抗器电流的测定值进行取样的取样周期的整数倍的差值之和被最小化的方式设定该取样周期。由此，该电力供给系统不管对电抗器电流的测定值进行取样的时机如何，均减小开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的误差，来实现该电抗器电流的平均值的测定精度的提高。此外，以下为了便于说明，有时将开关元件成为接通的期间(即，电抗器电流增加的第1期间)简称为接通期间。另外，有时将从开关元件由接通成为断开的时机至电抗器电流成为零或者极小值的期间(即，电抗器电流衰减的第2期间)简称为衰减期间。并且，有时将开关周期中的电抗器电流的平均值简称为平均电流。
以下，设成为电抗器电流的测定对象的转换器是升压型的转换器(以下，简称为升压转换器)，来对电力供给系统、控制装置以及电抗器电流测定处理进行说明。但是，成为电抗器电流的测定对象的转换器不限定于升压转换器，也可以是降压型的转换器(以下，简称为降压转换器)，或者可以是升压或者降压都能够进行的转换器(以下，简称为升降压转换器)。
图1是一个实施方式涉及的电力供给系统的简要结构图。如图1所示，电力供给系统1具有：电源2、升压转换器3、二个电压表4、5、电流表6以及控制器7。而且，电力供给系统1通过升压转换器3对从电源2供给的直流电力进行升压，并将升压后的直流电力供给至负载电路8。此外，在图1所示的例子中，与电源2连接的升压转换器3的数量为一个，但也可以对于电源2并联连接多个升压转换器。而且，控制器7也可以控制多个升压转换器。该情况下，针对每个升压转换器，只要如图1所示设置与该升压转换器连接的二个电压表以及一个电流表即可。
电源2是供给直流电力的电源，在本实施方式中，能够为燃料电池。此外，电源2并不限定于燃料电池，也可以是铅蓄电池或者锂离子电池等其他方式的直流电源。从电源2供给的直流电力被输入至升压转换器3。
升压转换器3对从电源2供给的直流电力进行升压，将被升压后的直流电力输出至负载电路8。为此，升压转换器3具有电抗器11、二极管12、开关元件13以及平滑电容器14。
电抗器11连接于电源2与负载电路8之间。二极管12被配置为在电抗器11与平滑电容器14之间二极管12的阳极与电抗器11的一端连接、二极管12的阴极与平滑电容器14的一端连接。即，二极管12被配置为使电抗器电流从电抗器11朝向平滑电容器14流动。
开关元件13例如能够是MOSFET或者绝缘栅极双极型晶体管之类的半导体的开关元件。开关元件13连接于电抗器11的与和电源2连接的一侧的一端相反侧的电抗器11的另一端。即，开关元件13被设置为一端连接在电抗器11与二极管12之间、另一端被接地，并且根据来自控制器7的控制信号而切换接通/断开。而且，若控制器7使开关元件13接通，则通过经由开关元件13向电抗器11流动的电抗器电流在电抗器11中积蓄能量。而且，若控制器7使开关元件13断开，则由积蓄于电抗器11的能量引起的电抗器电流向平滑电容器14流动。
平滑电容器14使由从电抗器11流入的电抗器电流而积蓄的电力平滑化并输出至负载电路8。因此，通过控制器7针对开关元件13周期性地切换接通/断开，使得积蓄于平滑电容器14的电力增加，其结果是，供给至升压转换器3的直流电力在被升压后输出。
电压表4是第1电压表的一个例子，设置于电源2与升压转换器3之间，对向升压转换器3输入的电压(以下，有时简称为输入电压)进行测定。而且，电压表4将输入电压的测定值输出至控制器7。
电压表5是第2电压表的一个例子，设置于二极管12与平滑电容器14之间，对从升压转换器3输出的电压(以下，有时简称为输出电压)进行测定。此外，电压表5也可以设置于平滑电容器14与负载电路8之间。而且，电压表5将输出电压的测定值输出至控制器7。
电流表6在电抗器11与二极管12之间设置于比连接开关元件13的位置靠电抗器11侧的位置，对在电抗器11中流动的电抗器电流进行测定。而且，电流表6将该电抗器电流的测定值输出至控制器7。其中，电流表6可以与升压转换器3单独地设置，或者也可以作为升压转换器3的一个部件而组装于升压转换器3。
控制器7是控制装置的一个例子，对包括升压转换器3的电力供给系统1整体进行控制。具体而言，控制器7基于被从其他装置、例如组装有电力供给系统1的装置的控制装置通知的从电源2供给的电力的目标值(以下，简称为目标电力值)，求出对于升压转换器3的电流指令值，并根据求出的电流指令值来设定开关元件13成为接通的期间相对于开关元件13的开关周期的比亦即占空比。而且，控制器7在规定的每个开关周期中，以所设定的占空比使开关元件13切换接通/断开。另外，控制器7对升压转换器3的电抗器的平均电流进行测定，根据测定出的平均电流来更新占空比。
为此，控制器7具有通信接口21、存储器22以及处理器23。通信接口21、存储器22以及处理器23可以构成为相互独立的电路，或者也可以构成为一个集成电路。
通信接口21具有用于将二个电压表4、5、电流表6以及其他装置与控制器7连接的接口电路和用于向升压转换器3的开关元件13输出控制信号的栅极驱动器等。而且，通信接口21将从电压表4接受到的向升压转换器3输入的输入电压的测定值、从电压表5接受到的来自升压转换器3的输出电压的测定值、来自电流表6的电抗器电流的测定值交付给处理器23。另外，通信接口21将来自处理器23的控制信号输出至升压转换器3的开关元件13。并且，通信接口21将从其他装置接受到的目标电力值交付给处理器23。进而，通信接口21可以将从处理器23接受到的表示开关周期中的电抗器电流的平均值的信息输出至其他装置。
存储器22是存储部的一个例子，例如具有非易失性的半导体存储器以及易失性的半导体存储器。而且，存储器22存储在电力供给系统1的控制中利用的各种信息。例如，存储器22存储表示电流指令值与占空比的对应关系的表以及为了测定升压转换器3的电抗器的平均电流而利用的各种信息。并且，存储器22暂时存储在电力供给系统1动作的期间由处理器23计算的各种数据。
处理器23例如具有1个以上运算电路和其周边电路。并且，处理器23具有取样周期可变的取样电路。而且，处理器23设定升压转换器3的开关元件13的占空比，并在每个开关周期中，根据所设定的占空比来切换开关元件13的接通/断开。并且，处理器23在规定的每个周期中对升压转换器3的电抗器的平均电流进行测定，根据测定出的电抗器的平均电流来更新占空比。
图2是与包括电抗器电流测定处理的转换器的控制处理有关的处理器23的功能框图。处理器23具有动作模式判定部31、取样周期设定部32、电流测定部33以及控制部34。
动作模式判定部31按规定的每个周期(例如，升压转换器3的开关元件13的每个开关周期)对升压转换器3的动作模式进行判定。在本实施方式中，动作模式判定部31基于输入电压、输出电压以及占空比，来对升压转换器3的动作模式属于在开关周期中电抗器电流成为零而存在电抗器电流不流动的期间的不连续模式和不存在这样的期间的连续模式中的哪一个模式进行判定。
在本实施方式中，若在升压转换器3的特性上，对输出电压VH相对于输出电压VH与输入电压VL之差(VH-VL)的比乘以占空比D而得的模式判定值{D×VH/(VH-VL)}为1以上，则在开关周期中电抗器电流不成为零，升压转换器3的动作模式为连续模式。另一方面，若模式判定值小于1，则在开关周期中存在电抗器电流成为零的期间，升压转换器3的动作模式为不连续模式。因此，动作模式判定部31根据从电压表4接收到的升压转换器3的输入电压VL、从电压表5接收到的来自升压转换器3的输出电压VH、以及开关元件13的占空比D来计算模式判定值，对计算出的模式判定值是否小于1进行判定。而且，在模式判定值小于1的情况下，动作模式判定部31判定为升压转换器3的当前的动作模式是不连续模式。另一方面，在模式判定值为1以上的情况下，动作模式判定部31判定为升压转换器3的当前的动作模式是连续模式。
此外，在代替升压转换器3而使降压转换器包括于电力供给系统的情况下，模式判定值成为{D×VL/VH}。而且，若模式判定值为1以上，则降压转换器的动作模式为连续模式，另一方面，若模式判定值小于1，则降压转换器的动作模式为不连续模式。同样，在代替升压转换器3而使升降压转换器包括于电力供给系统的情况下，模式判定值成为{D×(VH+VL)/VH}。而且，若模式判定值为1以上，则升降压转换器的动作模式为连续模式，另一方面，若模式判定值小于1，则升降压转换器的动作模式为不连续模式。因此，在降压转换器或者升降压转换器包括于电力供给系统的情况下，动作模式判定部31也只要与上述的实施方式同样地计算模式判定值，并根据计算出的模式判定值是否小于1来判定转换器的动作模式即可。
动作模式判定部31每当判定升压转换器3的动作模式时，便将判定出的动作模式通知给取样周期设定部32。
取样周期设定部32设定对在升压转换器3的开关元件13的开关周期中由电流表6测定出的电抗器电流进行取样的取样次数及其取样周期。在本实施方式中，取样周期设定部32根据被从动作模式判定部31通知的升压转换器3的动作模式，以使接通期间与取样周期的整数倍之间的差值和衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值之和最小化的方式设定其取样周期。
在本实施方式中，取样周期设定部32根据以下的步骤设定取样周期。
(1)在升压转换器3的开关元件13的开关周期T中能够设定的取样次数的最大值Nmax(以下，有时称为最大取样次数)的计算
(2)针对最大取样次数Nmax以下的各整数、即取样次数候补N(N＝1、2、..、Nmax)，计算该取样次数候补N与占空比D的积和最接近该积的整数之间的距离(第1距离)k[N]
(3)根据升压转换器3的动作模式，基于针对各取样次数候补N计算出的距离k[N]，设定开关周期中的接通期间以及衰减期间的每一个与取样周期的整数倍之间的差值之和为最小的取样次数Nopt，并且设定取样周期Tsample＝T/Nopt
关于步骤(1)，取样周期设定部32将满足下式的整数N中的最大的整数设为最大取样次数Nmax。
Figure BDA0003222433720000091
这里，Tsamplemin是在处理器23所具有的取样电路的性能上能够设定的取样周期的最小值。另外，如上述那样，T是升压转换器3的开关元件13的开关周期。这些值例如只要被预先存储于存储器22即可。
例如，若能够设定的取样周期的最小值Tsamplemin为2μs、开关周期T为50μs，则最大取样次数Nmax成为50/2＝25。
此外，在开关周期恒定的情况下，最大取样次数Nmax也成为恒定值。鉴于此，该情况下，可以在存储器22预先存储最大取样次数Nmax。而且，也可以省略步骤(1)。
关于步骤(2)，取样周期设定部32针对最大取样次数Nmax以下的各取样次数候补N(N＝1、2、..、Nmax)计算该取样次数候补N与占空比D之积和最接近该积的整数之间的距离k[N]。而且，取样周期设定部32将各取样次数候补N与该距离k[N]对应地存储于存储器22。
例如，以下表示了占空比D为38.1％的情况下的距离k[N]的一个例子。在以下所示的例子中，示出了取样次数候补N的值为15～25时的距离k[N]。
表1距离k[N]的值的例子(占空比D＝38.1％)
N k[N]
15 0.285
16 0.096
17 0.477
18 0.142
19 0.239
20 0.380
21 0.001
22 0.382
23 0.237
24 0.144
25 0.475
例如，由于在表中所示的N＝15的情况下，N×D＝5.715，所以直至最接近N×D的整数为止的距离k[N]为|5.715-6|＝0.285。另外，由于在N＝21的情况下，N×D＝8.001，所以直至最接近N×D的整数为止的距离k[N]成为|8.001-8|＝0.001。
关于步骤(3)，取样周期设定部32根据升压转换器3的动作模式，基于针对各取样次数候补N计算出的距离k[N]，以开关周期中的接通期间以及衰减期间的每一个与取样周期的整数倍之间的差值之和为最小的方式设定取样次数Nopt以及取样周期Tsample。
在升压转换器3的动作模式为连续模式的情况下，取样周期设定部32计算下式成为最小的取样次数候补N作为取样次数Nopt。而且，取样周期设定部32将取样周期Tsample设定为T/Nopt。
Figure BDA0003222433720000101
这里，对将(2)式的值最小化的取样次数候补N使开关周期中的接通期间以及衰减期间的每一个与取样周期的整数倍之间的差值之和最小化、以及在开关周期中的接通期间以及衰减期间的每一个与取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的情况下电抗器11的平均电流的差值被最小化的情况进行说明。
图3A以及图3B是分别作为比较例而表示开关周期中的接通期间不成为取样周期的整数倍的情况下的、开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的一个例子的图。在图3A以及图3B的每一个中，横轴表示时间，纵轴表示电抗器电流的大小。而且，波形300表示升压转换器3以连续模式动作的情况下的电抗器电流的时间变化。并且，在图3A以及图3B所示的例子中，开关周期中的接通期间Ton(＝T×D)成为取样周期Tsample的2.5倍。此外，由于在升压转换器3以连续模式动作的情况下，开关周期与接通期间之差成为衰减期间，所以在接通期间不成为取样周期的整数倍的情况下，衰减期间也不成为取样周期的整数倍。
在图3A所示的例子中，以电抗器电流成为极小值的时机tmin为基准来设定取样周期。因此，各个取样点301中的一个被设定为电抗器电流成为极小值的时机tmin。因此，各取样点301中的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure小于开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave。根据表示各取样点301中的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave的关系的下式可明确该情况。
Figure BDA0003222433720000111
其中，ΔI表示电抗器电流的极大值与极小值的差。由于(3)式的右边的第2项始终成为负，所以在该例子中，电抗器电流的测定值的平均值Imeasure小于开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave。
在图3B所示的例子中，以电抗器电流成为极大值的时机tmax为基准来设定取样周期。因此，各个取样点302中的一个被设定为电抗器电流成为极大值的时机tmax。因此，各取样点302中的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure大于开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave。根据表示各取样点302中的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave的关系的下式可明确该情况。
Figure BDA0003222433720000121
由于(4)式的右边的第2项始终成为正，所以在该例子中，电抗器电流的测定值的平均值Imeasure大于开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave。这样，当接通期间不成为取样周期的整数倍的情况下，在电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave之间产生与各个取样点的设定时机对应的误差。
图4是表示开关周期中的接通期间为取样周期的整数倍的情况下的、开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的一个例子的图。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示电抗器电流的大小。而且，波形400表示升压转换器3以连续模式动作的情况下的电抗器电流的时间变化。在接通期间Ton(＝D×T)为取样周期Tsample的整数倍的情况下，不管取样点的时机如何，各取样点中的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure均与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave相等。该情况下，并不限定于电抗器电流成为极大值以及极小值的每一个的时机被设定为取样点401之一的情况，也可以在比各个取样点401延迟了规定时间的时机设定取样点402。这是因为在电抗器电流增加的期间与电抗器电流减少的期间，因取样点的时机的偏差引起的电抗器电流的值的偏差相互抵消。
这样，在接通期间成为取样周期的整数倍的情况下，通过不管各个取样点的时机如何，均对各取样点中的电抗器电流的测定值进行平均，能准确地测定开关周期中的电抗器的平均电流。鉴于此，取样周期设定部32以接通期间与取样周期的整数倍之间的差值被最小化的方式设定取样周期。其中，在升压转换器3以连续模式动作的情况下，由于衰减期间的长度和开关周期与接通期间的长度之差相等，所以如果接通期间与取样周期的整数倍之间的差值被最小化，则衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值也被最小化。并且，优选取样周期设定部32在如(2)式所示使上述的差值最小化的基础上，以取样周期尽可能变短的方式设定取样周期。
图5是升压转换器3以连续模式动作的情况下的、取样周期的设定的概要的说明图。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示电抗器电流。而且，波形500表示电抗器电流的时间变化。如图5所示，在开关周期T中设定N个取样点501(即，取样周期T/N)，从电抗器电流成为极小值的时机至最初的取样点为止的延迟时间为td，从电抗器电流成为极大值的时机至其紧前的取样点为止的时间差为tα。另外，电抗器电流的极大值与电抗器电流的极小值的差为ΔI。该情况下，开关周期T中的各取样点501处的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure由下式表示。
Figure BDA0003222433720000131
这里，I(t)表示取样点t处的电抗器电流的测定值，Iave表示开关周期中的实际的电抗器的平均电流。
根据图5所示的波形500可知，在开关周期T中的取样次数候补N与占空比D的积为整数的情况下，(td+tα)N/T为1。据此，(td+tα)N/T的小数部分与N×D的小数部分一致。鉴于此，通过在(5)式中用距离k[N]置换时间差tα，并且以各取样点501处的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave之间的误差被最大化的方式设定延迟时间td，由此获得下式。
Figure BDA0003222433720000132
因此，可知(6)式的右边的第2项的绝对值越小，则各取样点501处的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流Iave之间的误差越小。而且，可知为了使(6)式的第2项的绝对值最小化，只要(2)式被最小化即可。
因此，取样周期设定部32计算(2)式被最小化的取样次数候补N作为取样次数Nopt，将取样周期设定为T/Nopt。由于根据距离k[N]的定义，距离k[N]能够取得的值的范围为0～0.5，所以在距离k[N]成为最小值的情况下，(2)式被最小化。而且，在距离k[N]成为最小的情况下，开关周期中的接通期间与取样周期的整数倍之间的差值被最小化。另外，如上述那样，衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值也被最小化。并且，取样周期越短，则(2)式的值越小。但是，在距离k[N]成为零的情况下、即在接通期间与取样周期的整数倍之间的差值成为零的情况下，(2)式成为零。因此，当存在多个接通期间与取样周期的整数倍之间的差值成为零的取样周期的候补的情况下，取样周期设定部32可以将该多个候补的任一个设定为取样周期。
接下来，对升压转换器3的动作模式为不连续模式的情况下的、取样周期的设定进行说明。在升压转换器3的动作模式为不连续模式的情况下，取样周期设定部32计算下式成为最小的取样次数候补N作为取样次数Nopt。
Figure BDA0003222433720000141
这里，k2[N]表示积{N×D×VL/(VH-VL)}与直至最接近该积的整数为止的距离(第2距离)。其中，该积中的项{D×VL/(VH-VL)}表示衰减期间的长度相对于开关周期T的比。根据针对升压转换器3所具有的电抗器11的电感的平衡条件来导出衰减期间的长度。据此，k2[N]表示开关周期中的取样次数为N次的情况下的衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值。因此，可知为了使(7)式最小化而只要使接通期间与取样周期的整数倍之间的差值和衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值之和最小化，并且使取样周期尽可能短即可。
此外，在代替升压转换器3而使用降压转换器或者升降压转换器的情况下，取样周期设定部32只要计算下式成为最小的取样次数候补N作为为取样次数Nopt即可。
Figure BDA0003222433720000142
Figure BDA0003222433720000143
在使用降压转换器的情况下，k2[N]表示积{N×D×(VL-VH)/VH}与直至最接近该积的整数为止的距离(第2距离)。而且，项{D×(VL-VH)/VH}表示衰减期间的长度相对于开关周期T的比。另外，在使用升降压转换器的情况下，k2[N]表示积{N×D×VL/VH}与直至最接近该积的整数为止的距离(第2距离)。而且，项{D×VL/VH}表示衰减期间的长度相对于开关周期T的比。
或者，取样周期设定部32也可以计算下式成为最小的取样次数候补N作为取样次数Nopt。
Figure BDA0003222433720000151
这里，系数r是升压转换器3的目标升压比(VH/VL)，例如设定为1。
另外，在代替升压转换器3而使用降压转换器或者升降压转换器的情况下，取样周期设定部32也可以计算下式成为最小的取样次数候补N作为取样次数Nopt。
Figure BDA0003222433720000152
Figure BDA0003222433720000153
取样周期设定部32只要基于根据(7)式或者(8)式计算出的取样次数Nopt来设定取样周期Tsample(＝T/Nopt)即可。另外，在代替升压转换器3而使用降压转换器的情况下，取样周期设定部32只要基于根据(7－1)式或者(8－1)式计算出的取样次数Nopt来设定取样周期Tsample(＝T/Nopt)即可。进而，在代替升压转换器3而使用升降压转换器的情况下，取样周期设定部32只要基于根据(7－2)式或者(8－2)式计算出的取样次数Nopt来设定取样周期Tsample(＝T/Nopt)即可。
图6是升压转换器3以不连续模式动作的情况下的、取样周期的设定的概要的说明图。在图6中，横轴表示被以取样周期归一化的时间，纵轴表示电抗器电流。而且，波形600表示电抗器电流的时间变化。如图6所示，在开关周期T中设定N个取样点601(即，取样周期T/N)，将从电抗器电流成为极小值的时机至最初的取样点为止的延迟时间以取样周期归一化而得的值是γ，将从电抗器电流成为极大值的时机至其紧前的取样点为止的时间差以取样周期归一化而得的值是α。另外，将从电抗器电流成为零的时机至其紧前的取样点为止的时间差以取样周期归一化而得的值是β。并且，电抗器电流的极大值与电抗器电流的极小值的差是Ip。进而，通过根据α、β、γ的关系，如使用k、k2、γ表示α、β那样用k、k2、γ进行置换，并且以Imeasure的误差成为最大的方式设定γ，由此开关周期T中的各取样点601处的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure由下式表示。
Figure BDA0003222433720000161
这里，I(ti)(i＝0、1、...、N-1)表示取样点ti处的电抗器电流的测定值，D2是D×VL/(VH-VL)。另外，在代替升压转换器3而使用降压转换器的情况下，只要在(9)式中代替项{(VH/VL)-1}而使用项{VH/(VL-VH)}即可。同样，在代替升压转换器3而使用升降压转换器的情况下，只要在(9)式中代替项{(VH/VL)-1}而使用项{VH/VL}即可。
根据(9)式可知，右边的第1项成为接通期间以及衰减期间中的实际的电抗器的电流的平均值。因此，可知(9)式的右边的第2项的绝对值越小，则各取样点601处的电抗器电流的测定值的平均值Imeasure与开关周期中的实际的电抗器的平均电流之间的误差越小。而且，可知为了使(9)式的第2项的绝对值最小化，只要使(7)式最小化即可。另外，当升压转换器3的输入电压VL以及输出电压VH的测定精度在取样周期的设定中不充分的情况下，通过在(7)式中假定为k2[N]＝0.5、VH/VL＝r，由此可获得(8)式。因此，取样周期设定部32也可以以(8)式被最小化的方式设定取样次数Nopt。
取样周期设定部32将所设定的取样次数Nopt以及取样周期Tsample通知给电流测定部33。
电流测定部33经由取样电路取得在被从取样周期设定部32通知的每个取样周期Tsample中由电流表6测定出的电抗器电流的测定值。而且，电流测定部33通过使开关周期中的取样次数Nopt量的电抗器电流的测定值以该取样次数Nopt平均化，来测定开关周期中的电抗器的平均电流Iave。而且，电流测定部33将测定出的该电抗器的平均电流通知给控制部34。
控制部34基于被从电流测定部33通知的开关周期中的电抗器的平均电流Iave来控制升压转换器3。例如，控制部34通过将控制器7从其他装置接收到的目标电力值除以从电源2输出的电压、即向升压转换器3输入的输入电压，来计算电流指令值。而且，控制部34通过参照预先存储于存储器22的、表示电流指令值与升压转换器3的开关元件13的占空比的对应关系的表，来决定与电流指令值对应的占空比。控制部34通过针对每个开关周期以按照所决定的占空比使升压转换器3的开关元件13反复接通/断开的方式输出对于开关元件13的控制信号，来控制升压转换器3。另外，控制部34也可以基于目标电力值与向升压转换器3输入的输入电压来设定目标升压比。
而且，控制部34通过以被从电流测定部33通知的、开关周期中的电抗器的平均电流Iave与电流指令值的差变小的方式更新占空比，来对升压转换器3进行反馈控制。此时，控制部34例如只要根据比例控制、比例积分控制或者PID控制的任一个来更新占空比即可。
图7是本实施方式涉及的包括电抗器电流测定处理的转换器的控制处理的动作流程图。处理器23只要针对规定的每个周期，按照以下所示的动作流程图执行转换器的控制处理即可。此外，以下所示的动作流程图的各步骤中的、步骤S101～S108的处理包含于电抗器电流测定处理。
处理器23的动作模式判定部31基于由电压表4测定的向升压转换器3输入的输入电压VL、由电压表5测定的来自升压转换器3的输出电压VH以及应用于升压转换器3的开关元件13的占空比D，来对升压转换器3的当前的动作模式进行判定(步骤S101)。
处理器23的取样周期设定部32对在开关元件13的开关周期中能够设定的取样次数的最大值Nmax进行计算(步骤S102)。另外，取样周期设定部32针对从1到能够设定的取样次数的最大值Nmax为止的各整数(即，与取样周期的候补对应的、取样次数的候补)N，计算该整数N与占空比D的积和最接近该积的整数之间的距离k[N](步骤S103)。
并且，取样周期设定部32对被从动作模式判定部31通知的升压转换器3的当前的动作模式是否是不连续模式进行判定(步骤S104)。
在升压转换器3的当前的动作模式是连续模式的情况下(步骤S104－否)，取样周期设定部32基于针对1～Nmax的各个取样次数候补N的距离k[N]，以开关元件13成为接通的接通期间和取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式设定开关周期T中的取样次数Nopt以及取样周期Tsample(步骤S105)。
另一方面，在升压转换器3的当前的动作模式是不连续模式的情况下(步骤S104－是)，取样周期设定部32针对从1到能够设定的取样次数的最大值Nmax为止的各取样次数候补N，计算该候补N与D×VL/(VH-VL)的积和最接近该积的整数之间的距离k2[N](步骤S106)。此外，如上述那样，在代替升压转换器3而使用降压转换器的情况下，取样周期设定部32只要计算候补N与D×(VL-VH)/VH的积和最接近该积的整数之间的距离作为距离k2[N]即可。另外，在代替升压转换器3而使用升降压转换器的情况下，取样周期设定部32只要计算候补N与D×VL/VH的积和最接近该积的整数之间的距离作为距离k2[N]即可。然后，取样周期设定部32基于针对1～Nmax的各个取样次数候补N的距离k[N]以及距离k2[N]，以接通期间与取样周期的整数倍之间的差值和衰减期间与取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式设定开关周期T中的取样次数Nopt以及取样周期Tsample(步骤S107)。
在步骤S105或者S107之后，处理器23的电流测定部33在所设定的每个取样周期Tsample取得电流表6的电抗器电流的测定值，通过将所取得的电抗器电流的测定值以取样次数Nopt平均化，由此求出开关周期中的电抗器的平均电流Iave(步骤S108)。
处理器23的控制部34以求出的开关周期中的电抗器的平均电流Iave与电流指令值的差变小的方式对升压转换器3进行反馈控制(步骤S109)。然后，处理器23结束升压转换器3的控制处理。
如以上说明那样，该电力供给系统对升压转换器所具有的开关元件的开关周期中的、流经电抗器的电抗器电流的平均值进行测定。此时，该电力供给系统以接通期间以及衰减期间的每一个与对电抗器电流的测定值进行取样的取样周期的整数倍的差值之和被最小化的方式设定该取样周期。由此，该电力供给系统不管对电抗器电流的测定值进行取样的时机如何，均能够减小开关周期中的电抗器电流的平均值的测定值的误差来提高该电抗器电流的平均值的测定精度。
此外，在上述的实施方式中，升压转换器也可以是所谓的磁耦合型的升压转换器。在该情况下，控制器7通过将与上述的实施方式相同的处理应用于各相的电抗器，也能够针对各相求出开关周期中的电抗器的平均电流。
并且，根据其他变形例，由电流测定部33求出的开关周期中的电抗器的平均电流Iave也可以利用于升压转换器3的控制以外。例如，处理器23可以为了计算从电源2供给的电力而利用该平均电流Iave。即，处理器23通过对来自电源2的输出电压乘以该平均电流Iave，能够求出从电源2供给的电力。
如以上那样，本领域技术人员在本发明的范围内能够根据被实施的方式来进行各种变更。

Claims (7)

1.一种电力供给系统，其中，具有：
电源，供给直流电力；
DC－DC转换器，具有与所述电源连接的电抗器和与所述电抗器的一端连接的开关元件，通过所述开关元件反复接通与断开来控制流经所述电抗器的电抗器电流而使从所述电源供给的直流电力变压；以及
控制装置，对所述DC－DC转换器进行控制，
所述控制装置具有：
取样周期设定部，以在所述开关元件反复接通与断开的开关周期中所述电抗器电流增加的第1期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值和在所述开关周期中所述电抗器电流衰减的第2期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定所述电抗器电流的电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；以及
电流测定部，按所设定的每个所述取样周期对由所述电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样，通过使在所述开关周期中被进行了取样的所述电抗器电流的测定值平均化，来对所述开关周期中的所述电抗器电流的平均值进行测定。
2.根据权利要求1所述的电力供给系统，其中，
所述取样周期设定部针对多个取样周期的候补的每一个计算从对与该候补对应的所述开关周期中的取样次数乘以所述开关元件成为接通的期间相对于所述开关周期的占空比而得的值到最接近该值的整数为止的第1距离，并基于针对所述多个取样周期的候补的每一个的所述第1距离来决定所述多个取样周期的候补中的、所述第1期间的长度与该候补的整数倍之间的差值为最小的候补，将决定出的该候补设定为所述取样周期。
3.根据权利要求2所述的电力供给系统，其中，还具有：
第1电压表，对向所述DC－DC转换器输入的输入电压进行测定；和
第2电压表，对来自所述DC－DC转换器的输出电压进行测定，
所述控制装置还具有动作模式判定部，所述动作模式判定部基于所述输入电压、所述输出电压以及所述占空比来对所述DC－DC转换器的动作模式是在所述开关周期中存在不流动所述电抗器电流的期间的不连续模式还是在所述开关周期中不存在不流动所述电抗器电流的期间的连续模式进行判定，
所述取样周期设定部在所述DC－DC转换器的动作模式是所述不连续模式的情况下，针对所述多个取样周期的候补的每一个进一步计算从对与该候补相当的所述开关周期中的取样次数乘以所述第2期间相对于所述开关周期的比而得的值到最接近该值的整数为止的第2距离，并基于针对所述多个取样周期的候补的每一个的所述第1距离以及所述第2距离来决定所述多个取样周期的候补中的、所述第1期间的长度与该候补的整数倍之间的差值和所述第2期间的长度与该候补的整数倍之间的差值之和被最小化的候补，将决定出的该候补设定为所述取样周期。
4.根据权利要求3所述的电力供给系统，其中，
所述取样周期设定部在所述DC－DC转换器的动作模式是所述连续模式的情况下，针对所述多个取样周期的候补的每一个计算将所述第1距离与从1减去所述第1距离而得的值的积除以与该候补对应的所述开关周期中的取样次数的平方所得的判定值，并将该判定值为最小的候补设定为所述取样周期。
5.根据权利要求3所述的电力供给系统，其中，
所述取样周期设定部在所述DC－DC转换器的动作模式是所述不连续模式的情况下，针对所述多个取样周期的候补的每一个计算将所述第1距离与从1减去所述第1距离而得的值的积和对所述第2距离与从1减去所述第2距离而得的值的积乘以与所述输出电压相对于所述输入电压的比对应的系数而得的值之和除以与该候补对应的所述开关周期中的取样次数的平方所得的判定值，并将该判定值为最小的候补设定为所述取样周期。
6.一种控制装置，对DC－DC转换器进行控制，所述DC－DC转换器具有与电源连接的电抗器和与所述电抗器的一端连接的开关元件，并通过所述开关元件反复接通与断开来控制流经所述电抗器的电抗器电流而使从所述电源供给的直流电力变压，
所述控制装置的特征在于，具有：
取样周期设定部，以在所述开关元件反复接通与断开的开关周期中所述电抗器电流增加的第1期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值和在所述开关周期中所述电抗器电流衰减的第2期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定所述电抗器电流的电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；以及
电流测定部，按所设定的每个所述取样周期对由所述电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样，通过使在所述开关周期中被进行了取样的所述电抗器电流的测定值平均化，来对所述开关周期中的所述电抗器电流的平均值进行测定。
7.一种测定方法，是对在DC－DC转换器中流经电抗器的电抗器电流的测定方法，所述DC－DC转换器具有与电源连接的所述电抗器和与所述电抗器的一端连接的开关元件，并通过所述开关元件反复接通与断开来控制流经所述电抗器的电抗器电流而使从所述电源供给的直流电力变压，
所述测定方法的特征在于，包括：
以在所述开关元件反复接通与断开的开关周期中所述电抗器电流增加的第1期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值和在所述开关周期中所述电抗器电流衰减的第2期间的长度与所述取样周期的整数倍之间的差值之和被最小化的方式，设定对由测定所述电抗器电流的电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样的取样周期；
按所设定的每个所述取样周期对由所述电流表测定的所述电抗器电流的测定值进行取样，通过使在所述开关周期中被进行了取样的所述电抗器电流的测定值平均化，来对所述开关周期中的所述电抗器电流的平均值进行测定。
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