CN114825916A - 电压变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制电压变换比的个体偏差、实现高的电压变换比的电压变换装置。电压变换装置具备电抗器、开关元件、二极管、电流传感器以及控制部，上述控制部在开关周期内多次检测上述电抗器的电流值，上述控制部根据在上述开关周期内检测到的上述电抗器的电流值的推移来计算推断执行有效时间长度，上述控制部计算上述推断执行有效时间长度与该控制部所指示的指令有效时间长度的差量，上述控制部使用上述差量在不超过规定的指令有效时间上限值的范围修正下次以后的任意次的进行上述接通指令时的上述指令有效时间长度。

Description

电压变换装置
技术领域
本公开涉及电压变换装置。
背景技术
关于在被车载于燃料电池车辆等车辆而使用的系统中装备的转换器进行了各种研究。在各种电子设备等所使用的DC/DC转换器中经常使用由电抗器、开关元件、二极管以及电容器等构成的电路。通过开关的通/断信号来控制流动至电抗器的电流的增加、减少。
例如在专利文献1中公开了如下技术：即便电流检测电路存在不良状况，也为了提供对于过大电流能够维持电路的保护功能的DC/DC转换器而基于流动至DC/DC转换器的电抗器的电流被检测到的时间的延迟来设定开关的占空比(指令有效时间)的上限，以不超过该占空比的上限的方式控制开关。
另外，在专利文献2中公开了一种使稳定点亮时的效率提高并且能够容易地减少在启动时等连续模式动作时产生的噪声的放电灯点亮装置。
专利文献1：日本特开2015－162939号公报
专利文献2：日本特开2002－216986号公报
由于通过开关的通/断的反复来实现升压动作，所以以无效(OFF)时间不为零的方式设定指令有效(ON)时间的上限值。可知执行有效时间的长度因构成一方转换器的部件的偏差、随时间劣化而与开关的指令有效时间的长度不一致。上述专利文献1的技术考虑了部件的偏差、随时间劣化而根据对于指令有效时间设想的执行有效时间为最长的个体以无效时间不为零的方式设定指令有效时间。在该专利文献1的技术中，若在执行有效时间变短的个体中设定同样的指令有效时间的上限值，则存在无法获得足够的有效时间、无法获得期待的电压变换比的担忧。
发明内容
本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于，提供能够抑制电压变换比的个体偏差、实现高的电压变换比的电压变换装置。
本公开的电压变换装置的特征在于，
上述电压变换装置具备电抗器、开关元件、二极管、电流传感器以及控制部，
上述电流传感器取得在上述电抗器流动的电流值，
上述控制部通过切换对上述开关元件的接通指令与断开指令来进行上述开关元件的通/断控制，
上述控制部在开关周期内多次检测上述电抗器的电流值，
上述控制部根据在上述开关周期内检测到的上述电抗器的电流值的推移来计算推断执行有效时间长度，
上述控制部计算上述推断执行有效时间长度与该控制部所指示的指令有效时间长度的差量，
上述控制部使用上述差量在不超过规定的指令有效时间上限值的范围修正下次以后的任意次的进行上述接通指令时的上述指令有效时间长度。
在本公开的电压变换装置中，上述控制部可以使用上述差量在不超过规定的上述指令有效时间上限值的范围修正下次的进行接通指令时的上述指令有效时间长度。
根据本公开的电压变换装置，能够抑制电压变换比的个体偏差、实现高的电压变换比。
附图说明
图1是表示升压转换器的升压电路的结构的一个例子的图。
图2是表示开关元件的通/断(ON/OFF)切换的指令、实际的时机以及电抗器电流值的时序图的图。
图3是表示从电抗器电流值的多点取样至指令有效时间长度的修正为止的流程的流程图。
附图标记说明：
20…升压转换器；21…电抗器；22…电流传感器；23…开关元件；24…二极管；25…电容器；30…控制部。
具体实施方式
本公开的电压变换装置的特征在于，
上述电压变换装置具备电抗器、开关元件、二极管、电流传感器以及控制部，
上述电流传感器取得在上述电抗器流动的电流值，
上述控制部通过切换对上述开关元件的接通指令与断开指令来进行上述开关元件的通/断控制，
上述控制部在开关周期内多次检测上述电抗器的电流值，
上述控制部根据在上述开关周期内检测到的上述电抗器的电流值的推移来计算推断执行有效时间长度，
上述控制部计算上述推断执行有效时间长度与该控制部所指示的指令有效时间长度的差量，
上述控制部使用上述差量在不超过规定的指令有效时间上限值的范围修正下次以后的任意次的进行上述接通指令时的上述指令有效时间长度。
在本公开中，监视流动至电抗器的电流值的推移而使用多点取样来推断执行了的有效时间。而且，使用推断出的有效时间与指令有效时间的差量来恰当地修正指令有效时间。由此，无论光耦合器以及电容器等每个电路部件的个体偏差如何，执行有效时间的上限值都能够恒定。由此，能够抑制电压变换比的个体偏差，实现高的电压变换比。
图1是表示升压转换器的升压电路的结构的一个例子的图。
图1的左侧与电源连接，图1的右侧与负载连接。作为电源，例如可举出燃料电池等。燃料电池可以仅具有1个单电池，也可以是层叠多个单电池而成的燃料电池组。作为负载，例如可举出借助了逆变器的马达等。
升压转换器20的内部具备相互并联连接的6个升压电路，在6个升压电路中，可以两两相互磁耦合。在图1中，示出了具备6相升压电路的结构，但相数不特别限定。
升压电路具备电抗器21、电流传感器22、开关元件23、二极管24以及电容器25。在各升压电路中，若开关元件23接通，则在电抗器21流动的电流增加，若开关元件23断开，则在电抗器21流动的电流减少，在电流到达零的情况下维持零。电流传感器22取得在电抗器21流动的电流值。
控制部30通过对开关元件23进行通/断控制来控制转换器20中的升压比以及来自电源的输出电流值。
电压变换装置(转换器)进行从由电源的输出电压的升压以及降压构成的组中选择的至少一个。转换器可以是升压转换器，也可以是降压转换器，还可以是升降压转换器。
电压变换装置具备电抗器、开关元件、二极管、电流传感器以及控制部，根据需要可以具备光耦合器以及电容器等。
电抗器具有线圈以及芯体(core)。
在芯体可以卷绕有1个或者多个线圈。
电抗器所具有的芯体以及线圈可以采用以往公知的转换器所使用的芯体以及线圈。
作为开关元件，可以是IGBT以及MOSFET等。
二极管可以采用以往公知的转换器所使用的二极管。
电流传感器只要能够取得在电抗器流动的电流值(电抗器电流)即可，不特别限定，能够使用以往公知的电流计等。
控制部可以是电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)等。ECU构成为包括CPU(Central Processing Unit)、存储器以及输入输出缓冲器。
控制部通过周期性地切换对开关元件的接通指令与断开指令来进行开关元件的通/断控制。由此可以控制来自电源的输出电流值。
控制部在开关周期内多次检测流动至电抗器的电流值。
控制部可以通过来自电流传感器的信号来检测流动至电抗器的电流值。
在本公开中，开关的周期(开关周期)是指从开关元件由断开切换为接通的时刻起直至开关元件再次从断开切换为接通的时刻为止的期间。
控制部在开关周期内检测到的电抗器的电流值只要至少为2次以上即可，能够根据执行有效时间长度的推断方法来适当地设定。
[执行有效时间长度的推断]
控制部根据在开关周期内检测到的电抗器的电流值的推移来计算推断执行有效时间长度。
执行有效时间长度的推断方法例如可举出以下的方法等。
(例1)：控制部可以在开关周期的有效时间中对电抗器电流值进行多点取样，根据有效时间中的电抗器电流值的最小值与最大值的差量A来推断执行有效时间长度。其中，该情况下，只要在开关周期的有效时间中对电抗器电流值至少取样2点即可。
(例2)：控制部可以根据在开关周期的有效时间中以及无效时间中对电抗器电流值进行多点取样而得到的有效时间中的电抗器电流的斜率与无效时间中的电抗器电流的斜率的交点来推断执行有效时间长度。其中，该情况下，只要在开关周期的有效时间中对电抗器电流值至少取样2点且在开关周期的无效时间中对电抗器电流值至少取样2点即可。
在转换器为磁耦合转换器的情况下，可以在各电路中通过上述(例1)或者(例2)的方法来推断执行有效时间长度。
在本公开中，将具有被卷绕了1个独立的线圈的芯体的电抗器称为非磁耦合电抗器。在本公开中，将具备非磁耦合电抗器的转换器称为非磁耦合转换器。在本公开中，将具有被卷绕了2个以上的独立的线圈的芯体的电抗器称为磁耦合电抗器。在本公开中，将具备磁耦合电抗器的转换器称为磁耦合转换器。
在本公开中，独立的线圈是指具备1个以上的涡旋部和2个端子部的线圈。
控制部计算推断执行有效时间长度与该控制部所指示的指令有效时间长度的差量。
[指令有效时间的修正]
控制部使用上述差量在不超过规定的指令有效时间上限值的范围内修正下次以后的任意次的进行上述接通指令时的上述指令有效时间长度。
进行修正的指令有效时间长度只要是进行下次以后的任意次的接通指令时的指令有效时间长度即可。从使电力变换精度提高的观点考虑，进行修正的指令有效时间长度可以是进行下次的接通指令时的指令有效时间长度。
规定的指令有效时间上限值只要是占空比不成为100％的值即可，不特别限定。规定的指令有效时间上限值例如可以是占空比成为99.9％的值。占空比(％)可以用以下的式子来表达。
占空比(％)＝{指令有效时间÷(指令有效时间+指令无效时间)}×100
指令有效时间的修正方法例如可举出与指令有效时间和推断执行有效时间的差量对应的以下的方法等。
推断执行有效时间长于指令有效时间的情况是推断执行无效时间短于指令无效时间的状态。该情况下，可以将指令有效时间长度以不超过规定的指令有效时间上限值的方式修正为指令有效时间长度变短，以便占空比不会变为100％而短路。在因使用差量进行修正而超过规定的指令有效时间上限值的情况下，可以不修正指令有效时间。另外，在因使用差量进行修正而超过规定的指令有效时间上限值的情况下，可以修正为规定的指令有效时间上限值。
推断执行有效时间短于指令有效时间的情况是推断执行无效时间长于指令无效时间的状态。该情况是由于所执行的有效时间短而无法确保目标的电力变换比的状态。因此，只要将指令有效时间长度以不超过规定的指令有效时间上限值的方式修正为指令有效时间长度变长以便能够确保目标的电力变换比即可。
图2是表示开关元件的通/断切换的指令、实际的时机以及电抗器电流值的时序图的图。
图3是表示从电抗器电流值的多点取样直至指令有效时间长度的修正为止的流程的流程图。
在开关的通/断切换的信号输入与实际的切换操作之间，因构成为传递路径的电容器、光耦合器等部件的偏差而在各个体产生信号延迟量的大小。
以往，考虑因上述的部件的偏差引起的信号延迟量的大小来决定指令有效时间的上限值即占空比的上限值，以便执行无效时间在最差的情况下也不为0。
在本实施方式中，在开关周期的期间对电抗器电流值进行多点取样，基于该值来推断实际的执行有效时间长度，导出指令有效时间与执行有效时间的差量A，使用差量A来修正指令有效时间长度。

Claims (2)

1.一种电压变换装置，其特征在于，
所述电压变换装置具备电抗器、开关元件、二极管、电流传感器以及控制部，
所述电流传感器取得在所述电抗器流动的电流值，
所述控制部通过切换对所述开关元件的接通指令与断开指令来进行所述开关元件的通/断控制，
所述控制部在开关周期内多次检测所述电抗器的电流值，
所述控制部根据在所述开关周期内检测到的所述电抗器的电流值的推移来计算推断执行有效时间长度，
所述控制部计算所述推断执行有效时间长度与该控制部所指示的指令有效时间长度的差量，
所述控制部使用所述差量在不超过规定的指令有效时间上限值的范围修正下次以后的任意次的进行所述接通指令时的所述指令有效时间长度。
2.根据权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，
所述控制部使用所述差量在不超过规定的所述指令有效时间上限值的范围修正下次的进行接通指令时的所述指令有效时间长度。
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