CN1816963A - 电压变换设备以及在其上记录有用于计算机控制电压变换设备的电压变换的程序的计算机可读记录介质 - Google Patents
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Abstract
一种控制装置(30)，基于扭矩指令值(TR1(或TR2))和电机转数(MRN1(或MRN2))计算升压变换器(12)的电压指令值，并基于所述计算得到的电压指令值和来自电压传感器(10)的DC电压(Vb)计算NPN晶体管(Q1)的占空比(D_ON_1)。当所述占空比(D_ON_1)被NPN晶体管(Q1，Q2)的死区时间影响时，所述控制装置(30)将所述占空比(D_ON_1)固定为1.0，以控制NPN晶体管(Q1，Q2)从而对所述电压进行升压或降压。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压变换设备以及一种在其上记录有用于计算机控制电压变换设备的电压变换的程序的计算机可读记录介质。
背景技术描述
近来，作为环保型车辆，混合动力车和电动车引起了广泛兴趣。如今所述混合动力车已部分地商品化。
除了常规发动机，混合动力车还具有DC(直流电)电源、逆变器以及由所述逆变器驱动的电机，以作为其动力源。更具体地，所述发动机被驱动以确保动力源，并且，来自所述DC电源的DC电压被所述逆变器变换为用于旋转所述电机的AC(交流电)电压，从而确保所述动力源。
考虑所述混合动力车，已经提出了，利用升压变换器对来自所述DC电源的DC电压进行升压，并且将升压后的DC电压提供给驱动所述电机的所述逆变器(日本专利公开08-214592)。
所述升压变换器包括在所述逆变器的电源线和地线之间串联连接的两个NPN晶体管，以及一端与所述两个NPN晶体管之间的中间点相连接而另一端与所述电源的电源线相连接的电抗器。
在所述升压变换器中，以预定的占空比开启/关断与所述电源线相连接的所述NPN晶体管(上臂)和与所述地线相连接的所述NPN晶体管(下臂)，从而对来自所述电源的DC电压进行升压，并将升压后的电压提供给所述逆变器，而对来自所述逆变器的DC电压进行降压以将降压后的电压提供给所述电源。
考虑到构成所述升压变换器的所述上臂和所述下臂在所述电源线和所述地线之间串联连接，需要避免所述上臂和所述下臂同时开启。因而，用于控制所述上臂和所述下臂的切换的控制信号的每一个，均包括提供用于防止所述上臂和所述下臂同时开启的死区时间。
图7为用于控制所述上臂和所述下臂的控制信号的时间图。参照图7，在各控制周期T内，所述上臂和所述下臂被以预定的占空比开启/关断。如果在时刻t1，已关断着的所述上臂和已开启着的所述下臂分别开启和关断，则所述上臂和所述下臂可能他同时处于“开启”状态。因此，所述下臂在时刻t1关闭，之后，所述上臂在时刻t2开启，所述时刻t2比时刻t1晚一段死区时间。
当所述升压变换器的电压指令值相当接近于电源电压，所述上臂的占空比(指所述上臂开启的期间)相当高，例如，0.98。在这种情况下，所述占空比0.98被部分占用，即，被所述死区时间缩短，从而不能确保所述上臂应该处于开启状态的期间。
图8A和8B为所述上臂的电压和占空比的时间图。参照图8A和8B，在此假设在时刻t0开始对初始为电源电压Vb的电压进行升压。于是，所述电压从电源电压Vb开始增加。在时刻t0到时刻t1的期间，所述电压指令值相当接近电源电压Vb，从而使得基于所述电压指令值计算的所述上臂的占空比被所述上臂的所述死区时间部分占用，并且不能确保最初预期的占空比。因此，在1.0和0.95之间的范围不能以线性方式对所述上臂的占空比进行控制，并因此振荡(参见图8B)。于是，所述升压变换器的输出电压也振荡(参见图8A)。
然后，当基于所述电压指令值计算的所述上臂的占空比达到，例如0.95时，所述占空比不被所述死区时间部分占用，于是能够以线性方式控制所述占空比。
由上可见，在所述电压指令值相当接近于电源电压Vb的区域中，所述上臂的占空比被所述死区时间部分占用，从而使得所述升压变换器的输出电压振荡，并且来自所述电源的DC电流也振荡。这会导致所述电源的损坏。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种电压变换设备，其能够抑制输出电压的振荡。
本发明的另一个目的在于提供一种在其上记录有程序的计算机可读记录介质，以用于计算机控制电压变换，从而抑制输出电压的振荡。
根据本发明，一种电压变换设备，其可变地改变将用于逆变器以驱动电机的输入电压，并且，其包括电压变换器和控制装置。所述电压变换器执行在电源和所述逆变器之间的电压变换。所述控制装置通过在所述电压变换的电压指令值至少为电源电压且至多为预定电压的情况下固定占空比来控制所述电压变换器。
优选地，基于所述电压变换器的死区时间确定所述预定电压。
优选地，在所述控制装置控制所述电压变换器以降低所述电压变换器的输出电压的情况下，当所述电压指令值达到至少为所述电源电压且至多为所述预定电压的值时，所述控制装置固定所述占空比。
优选地，所述电压变换器以线性方式可变地改变所述输入电压。
根据本发明，一种电压变换设备，其可变地改变将用于逆变器以驱动电机的输入电压，并且，其包括电压变换器和控制装置。所述电压变换器包括在第一占空比被开启的上臂，以及在第二占空比被开启的下臂，并通过切换所述上臂和所述下臂来执行在电源和所述逆变器之间的电压变换，其中通过从1中减去所述第一占空比来确定所述第二占空比。所述控制装置，在基于由所述电压变换器进行的所述电压变换的电压指令值计算的所述第一占空比被所述上臂和所述下臂的死区时间影响的情况下，其通过将所述第一占空比固定为消除了所述死区时间的影响的适当的占空比来控制所述上臂和所述下臂的切换。
优选地，所述控制装置在基于所述电压指令值计算得到的所述第一占空比大于最大有效占空比且小于允许所述上臂在控制时段内持续开启的最长占空比的情况下，通过将所述第一占空比固定为所述适当的占空比来切换所述上臂和所述下臂。通过用有效控制时段除以所述控制时段来确定所述最大有效占空比，其中通过从所述控制时段中减去所述死区时间来计算所述有效控制时段。
优选地，所述适当的占空比为所述最大有效占空比或所述最长占空比。
优选地，所述电压变换器以线性方式可变地改变所述输入电压。
根据本发明，在其上记录有用于计算机的执行的程序的计算机可读记录介质为在其上记录有用于计算机控制电压变换设备的电压变换的程序的计算机可读记录介质。
所述电压变换设备包括电压变换器，其具有在第一占空比被开启的上臂，以及在第二占空比被开启的下臂，并通过切换所述上臂和所述下臂来执行在电源和逆变器之间的电压变换，其中通过从1中减去所述第一占空比来确定所述第二占空比。
所述程序使得所述计算机执行：第一步，基于所述电压变换的电压指令值计算所述第一占空比；第二步，确定所述计算得到的第一占空比是否被所述上臂和所述下臂的死区时间所影响；以及第三步，当确定所述计算得到的第一占空比被所述死区时间影响时，通过将所述第一占空比固定为适当的占空比来切换所述上臂和所述下臂。
优选地，所述第二步包括：第一子步骤，利用所述死区时间计算最大有效占空比；第二子步骤，确定所述计算得到的第一占空比是否大于所述最大有效占空比且小于允许所述上臂在控制时段内持续开启的最长占空比；第三子步骤，当所述第一占空比大于所述最大有效占空比且小于所述最长占空比时，确定所述第一占空比被所述死区时间影响；以及第四子步骤，当所述第一占空比至多为所述最大有效占空比或等于所述最长占空比时，确定所述第一占空比不被所述死区时间影响，并且，通过用有效控制时段除以所述控制时段来确定所述最大有效占空比，其中，通过从所述控制时段中减去所述死区时间来计算所述有效控制时段。
优选地，在所述第三步，通过将所述第一占空比固定为所述最大有效占空比或所述最长占空比来控制所述上臂和所述下臂的切换。
利用本发明的所述电压变换设备，在所述电压变换的所述电压指令值至少为所述电源电压且至多为预定电压的情况下，所述用于升压控制的占空比被固定。
此外，利用本发明的所述电压变换设备，在基于所述电压变换的所述电压指令值计算得到的所述上臂的所述占空比被所述上臂和所述下臂的所述死区时间影响的情况下，通过将所述上臂的占空比固定为消除了所述死区时间的影响的适当的占空比来控制所述上臂和所述下臂的切换。
这样，根据本发明，可以抑制所述电压变换器的输出电压和来自所述电源的DC电流的振荡，从而，可避免所述电源的损坏。
附图说明
图1为根据本发明实施例的电机驱动设备的原理框图。
图2为图1中所示的控制装置的功能框图。
图3为图2中所示的变换器控制装置的功能框图。
图4示出了占空比D_ON_1和电压指令值Vdc_com之间的关系。
图5为流程图，其说明了所述变换器控制装置控制升压变换器的电压变换的操作。
图6A和6B为NPN晶体管Q1(上臂)的电压和占空比D_ON_1的时间图。
图7为用于控制上臂和下臂的控制信号的时间图。
图8A和8B为所述上臂的电压和占空比的时间图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。附图中的相似元件用相似的参考字符标出，在此不进行重复描述。
参照图1，根据本发明此实施例的电机驱动设备100包括DC电源B、电压传感器10和20、系统继电器SR1和SR2、电容器11和13、升压变换器12、逆变器14和31、电流传感器24和28以及控制装置30。
电动发电机MG1例如安装在混合动力车上。电动发电机MG1是这样的电机，其可以作为与所述混合动力车的发动机(未示出)相连接且由所述发动机驱动的电力发电机，还可以作为例如能够启动所述发动机的发动机的电动机。通过调整电动发电机MG1的发电扭矩进行控制，以保持所述发动机的有效工作状态，实现很好的燃料效率和废气排放。
电动发电机MG2例如安装在混合动力车上。电动发电机MG2为驱动电机，其用于产生扭矩并从而驱动所述混合动力车的驱动轮。当例如在车辆的减速模式下，由所述驱动轮的旋转转动电动发电机MG2时，电动发电机MG2可作为电力发电机(称为再生功能)。
升压变换器12包括电抗器L1、NPN晶体管Q1和Q2以及二极管D1和D2。电抗器L1的一端连接到DC电源B的电源线，另一端连接到NPN晶体管Q1和Q2之间的中间点，即，连接到NPN晶体管Q1的发射极和NPN晶体管Q2的集电极之间。NPN晶体管Q1和Q2在电源线和地线之间串联连接。NPN晶体管Q1的集电极与所述电源线相连接，而NPN晶体管Q2的发射极与所述地线相连接。在NPN晶体管Q1和Q2的各自集电极和发射极之间，连接了用于从各发射极向各集电极流动电流的二极管D1和D2。
逆变器14包括U相臂15、V相臂16和W相臂17。U相臂15、V相臂16和W相臂17在所述电源线和所述地线之间并联连接。
U相臂15包括串联连接的NPN晶体管Q3和Q4，V相臂16包括串联连接的NPN晶体管Q5和Q6，W相臂17包括串联连接的NPN晶体管Q7和Q8。在NPN晶体管Q3-Q8的各自集电极和发射极之间，连接了用于从各发射极向各集电极流动电流的二极管D3-D8。
每一相臂的中间点与电动发电机MG1的一个相线圈的一端相连接。具体地，电动发电机MG1为三相永磁电机，其配置有U、V和W相的三个线圈。U相线圈的一端、V相线圈的一端以及W相线圈的一端在公共中间连接点相连接，而所述U相线圈的另一端与NPN晶体管Q3和Q4之间的中间点相连接，所述V相线圈的另一端与NPN晶体管Q5和Q6之间的中间点相连接，以及所述W相线圈的另一端与NPN晶体管Q7和Q8之间的中间点相连接。
逆变器31被配置为与逆变器14相同。
DC电源B包括二次或可充电电池，例如，镍氢电池或锂电池。电压传感器10检测从DC电源B输出的DC电压Vb(也称为“电池电压Vb”)，以将所述检测的DC电压Vb输出给控制装置30。
系统继电器SR1和SR2响应于来自控制装置30的信号SE开启/关闭。
电容器11平滑从所述DC电源B提供的DC电压Vb，以向升压变换器12提供平滑后的DC电压Vb。
升压变换器12对来自电容器11的DC电压Vb进行升压，以将升压后的电压提供给电容器13。更具体地，接收来自控制装置30的信号PWMU，升压变换器12响应于信号PWMU根据NPN晶体管Q2开启的期间，升高所述DC电压Vb，并将所述升高的电压提供给电容器13。
此外，接收来自控制装置30的信号PWMD，升压变换器12对经由电容器13从逆变器14和/或逆变器31提供的DC电压进行降压，以对DC电源B充电。
电容器13平滑来自升压变换器12的DC电压，并经由节点N1和N2将平滑后的DC电压提供给逆变器14和31。电压传感器20检测电容器13的端到端电压，即，升压变换器12的输出电压Vm(对应于逆变器14和31的输入电压，以下亦然)，以将所述检测的输出电压Vm输出到控制装置30。
接收从电容器13提供的所述DC电压，逆变器14基于来自控制装置30的信号PWMI1，将所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG1。于是，电动发电机MG1被驱动以产生由扭矩指令值TR1指示的扭矩。
在其中安装有电机驱动设备100的混合动力车的再生制动模式中，逆变器14基于来自控制装置30的信号PWMC1，将由电动发电机MG1产生的AC电压变换为DC电压，以经由电容器13将得到的DC电压提供给升压变换器12。在此，所述再生制动包括当所述混合动力车的驾驶者踩下脚制动器时实现的伴随有再生发电的制动以及当所述混合动力车的驾驶者松开加速踏板且不操作所述脚制动器时实现的伴随有再生发电的减速(或停止加速)。
接收来自电容器13的所述DC电压，逆变器31基于来自控制装置30的信号PWMI2，将所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG2。于是，电动发电机MG2被驱动以产生由扭矩指令值TR2指示的扭矩。
在其中安装有电机驱动设备100的混合动力车的再生制动模式中，逆变器31基于来自控制装置30的信号PWMC2，将由电动发电机MG2产生的AC电压变换为DC电压，以经由电容器13将得到的DC电压提供给升压变换器12。
电流传感器24检测流经电动发电机MG1的电机电流MCRT1，以将检测的电机电流MCRT1输出给控制装置30。电流传感器28检测流经电动发电机MG2的电机电流MCRT2，以将检测的电机电流MCRT2输出给控制装置30。
控制装置30从电压传感器10接收从DC电源B输出的DC电压Vb，从各电流传感器24和28接收电机电流MCRT1和MCRT2，从电压传感器20接收升压变换器12的输出电压Vm(即，到逆变器14和31的输入电压)，并且从外部ECU(电气控制单元)接收扭矩指令值TR1和TR2，以及电机转数(所述电机的旋转的数目)MRN1和电机转数MRN2。控制装置30根据下文将描述的方法，基于输出电压Vm、电机电流MCRT1和扭矩指令值TR1，产生用于控制逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8的切换的信号PWMI1或信号PWMC1，其中逆变器14用于驱动电动发电机MG1，并向逆变器14输出所述产生的信号PWMI1和PWMC1。
此外，控制装置30根据下文将描述的方法，基于输出电压Vm、电机电流MCRT2和扭矩指令值TR2，产生用于控制逆变器31的NPN晶体管Q3-Q8的切换的信号PWMI2或信号PWMC2，其中逆变器31用于驱动电动发电机MG2，并向逆变器31输出所述产生的信号PWMI2和PWMC2。
此外，当逆变器14(或31)驱动电动发电机MG1(或MG2)时，控制装置30根据下文将描述的方法，基于DC电压Vb、输出电压Vm、扭矩指令值TR1(或TR2)以及电机转数MRN1(或MRN2)，产生用于控制升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的切换的信号PWMU或信号PWMD，并向升压变换器12输出所述产生的信号。
另外，控制装置30产生用于开启/关闭系统继电器SR1和SR2的信号SE，以将此信号输出给系统继电器SR1和SR2。
图2为图1中所示的控制装置30的功能框图。参照图2，控制装置30包括逆变器控制装置301和变换器控制装置302。
逆变器控制装置301基于扭矩指令值TR1、电机电流MCRT1和电压Vm，产生信号PWMI1或信号PWMC1，以向逆变器14的NPN晶体管Q3-Q8输出所述产生的信号。
更具体地，基于电压Vm、电机电流MCRT1和扭矩指令值TR1，逆变器控制装置301计算将应用于电动发电机MG1的每一相的电压，并基于所述计算得到的电压，产生用于实际开启/关断逆变器14的各NPN晶体管Q3-Q8的信号PWMI1或PWMC1。然后，逆变器控制装置301向逆变器14的各NPN晶体管Q3-Q8输出所述产生的信号PWMI1或PWMC1。
于是，逆变器14的各NPN晶体管Q3-Q8的切换被控制，从而使得，将流向电动发电机MG1的每一相的电流被控制以根据所述扭矩指令通过电动发电机MG1输出所述扭矩。这样，可以控制电机驱动电流，并且根据扭矩指令值TR1输出电机扭矩。
此外，逆变器控制装置301由以上描述的方法，基于电压Vm、电机电流MCRT2和扭矩指令值TR2，产生信号PWMI2或信号PWMC2，以向逆变器31的NPN晶体管Q3-Q8输出所述产生的信号。
于是，逆变器31的各NPN晶体管Q3-Q8的切换被控制，从而使得，将流向电动发电机MG2的每一相的电流被控制以根据所述指令通过电动发电机MG2输出所述扭矩。这样，可以控制所述电机驱动电流，并且根据扭矩指令值TR2输出所述电机扭矩。
从扭矩指令值TR1(或TR2)与电机转数MRN1(或MRN2)之间的关系来确定电动发电机MG1(或MG2)的工作模式是否供电，即，是电动机模式还是电力发电机(再生)模式。在此假设直角坐标系的水平轴或x轴指示电机转数MRN，而纵轴或y轴指示扭矩指令值TR。然后，如果所述相关联的扭矩指令值TR1(或TR2)和电机转数MRN1(或MRN2)位于第一或第二象限，则电动发电机MG1(或MG2)的工作模式为供电模式。如果所述相关联的扭矩指令值TR1(或TR2)和电机转数MRN1(或MRN2)位于第三或第四象限，则电动发电机MG1(或MG2)的工作模式为再生模式。
于是，如果接收到正扭矩指令值TR1(或TR2)，逆变器控制装置301产生用于驱动电动发电机MG1(或MG2)作为驱动电机的信号PWMI1(或信号PWMI2)，以向逆变器14(或31)的NPN晶体管Q3-Q8输出所述产生的信号，并且，如果接收到负扭矩指令值TR1(或TR2)，则其产生用于驱动电动发电机MG1(或MG2)进入再生模式的信号PWMC1(或信号PWMC2)，以向逆变器14(或31)的NPN晶体管Q3-Q8输出所述产生的信号。
变换器控制装置302根据下文将描述的方法，基于扭矩指令值TR1(或TR2)、电机转数MRN1(或MRN2)、DC电压Vb以及电压Vm，产生信号PWMU或信号PWMD，以向所述升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出所述产生的信号。
图3为图2中所示的变换器控制装置302的功能框图。参照图3，变换器控制装置302包括电压指令计算单元50、变换器占空比比例计算单元52以及变换器PWM信号变换单元54。
电压指令计算单元50基于来自外部ECU的扭矩指令值TR1(或TR2)和电机转数MRN1(或MRN2)，计算逆变器输入电压的最优值(目标值)，即，升压变换器12的电压指令值Vdc_com，并向变换器占空比比例计算单元52输出所述计算的电压指令值Vdc_com。
变换器占空比比例计算单元52基于来自电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com和来自电压传感器10的DC电压Vb，根据表达式(1)计算升压变换器12的NPN晶体管Q1的占空比D_ON_1。
D_ON_1＝Vb/Vdc_com (1)
然后，变换器占空比比例计算单元52利用所述计算的占空比D_ON_1计算NPN晶体管Q2的占空比D_ON_2(＝1-D_ON_1)。
此外，变换器占空比比例计算单元52从变换器PWM信号变换单元54接收用于控制NPN晶体管Q1和Q2切换的载波频率fc，以计算由所述接收的载波频率fc确定的控制时段T。变换器占空比比例计算单元52保留NPN晶体管Q1和Q2的死区时间Dt，并根据表达式(2)，计算去除了死区时间Dt的影响的NPN晶体管Q1的最大有效占空比D_MAX。
D_MAX＝(T-Dt)/T (2)
其中，T-Dt表示通过从控制时段T中减去死区时间Dt而确定的有效控制时段。
然后，利用表达式(1)，变换器占空比比例计算单元52确定基于电压指令值Vdc_com计算出的占空比D_ON_1是否被死区时间Dt影响。
更具体地，变换器占空比比例计算单元52确定是否所述计算出的占空比D_ON_1大于最大有效占空比D_MAX，且小于允许NPN晶体管Q1在控制时段T内连续保持开启的最长占空比(意味着所述占空比为“1”，以下亦然)。如果占空比D_ON_1大于最大有效占空比D_MAX且小于所述最长占空比，变换器占空比比例计算单元52确定所述占空比D_ON_1受到所述死区时间Dt的影响。如果占空比D_ON_1等于或小于最大有效占空比D_MAX或者等于所述最长占空比，变换器占空比比例计算单元52确定所述占空比D_ON_1不受所述死区时间Dt的影响。
然后，在变换器占空比比例计算单元52确定所述占空比D_ON_1受到所述死区时间Dt影响的情况下，变换器占空比比例计算单元52将占空比D_ON_1设置为最大有效占空比D_MAX或所述最长占空比。
相反，在变换器占空比比例计算单元52确定所述占空比D_ON_1不受所述死区时间Dt影响的情况下，变换器占空比比例计算单元52使用通过表达式(1)计算出的占空比D_ON_1。
图4示出了占空比D_ON_1和电压指令值Vdc_com之间的关系。参照图4，当电压指令值Vdc_com等于来自DC电源B的DC电压Vb时，NPN晶体管Q1的占空比D_ON_1为所述最长占空比。随着电压指令值Vdc_com增加到大于DC电压Vb，根据表达式(1)，占空比D_ON_1反比于电压指令值Vdc_com而减小。换言之，占空比D_ON_1沿着曲线k1减小。
在占空比D_ON_1大于最大有效占空比D_MAX且小于所述最长占空比的区域，基于电压指令值Vdc_com计算出的占空比D_ON_1被死区时间部分占用，从而不能确保预期的占空比。然后，在这种情况下，将占空比D_ON_1设置为最大有效占空比D_MAX或所述最长占空比。换言之，在电压指令值Vdc_com等于或大于电源电压Vb并且等于或小于预定电压Vdc_com_D(＝Vb×T/(T-Dt))的所述区域中，将占空比D_ON_1设置为最大有效占空比D_MAX或所述最长占空比。
从等式Vdc_com_D＝Vb×T/(T-Dt)可看出，预定电压Vdc_com_D依靠死区时间来确定。
在上述区域，升压变换器12的输出电压Vm振荡，从而不能相对于电压指令值Vdc_com被线性控制。因此，将占空比D_ON_1设置为从其去除死区时间Dt影响的占空比(＝1或D_MAX)。
随后，电压指令值Vdc_com达到值Vdc_com_D，为此可进行关于电压指令值Vdc_com的输出电压Vm的线性控制，其后，使用基于电压指令值Vdc_com计算出的占空比D_ON_1和D_ON_2。
再参照图3，根据上述方法，变换器占空比比例计算单元52计算NPN晶体管Q1和Q2的占空比D_ON_1和D_ON_2，并将占空比D_ON_1和D_ON_2之间的比例作为占空比比例输出到变换器PWM信号变换单元54。
在此，变换器占空比比例计算单元52计算电压指令值Vdc_com和来自电压传感器20的电压Vm之间的偏差Vdc_com-Vm，然后确定占空比比例，使计算出的偏差Vdc_com-Vm等于零。
基于来自变换器占空比比例计算单元52的所述占空比比例，变换器PWM信号变换单元54产生信号PWMU或信号PWMD，以开启/关断升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2，并向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出所产生的信号PWMU或PWMD。进一步，变换器PWM信号变换单元54向变换器占空比比例计算单元52输出所产生的信号PWMU或PWMD的载波频率fc。
包含在升压变换器12中的较低的NPN晶体管Q2的占空比可以被增加，从而增加电抗器L1的电力存储，实现更高的电压输出。相反，如果增加较高NPN晶体管Q1的占空比，电源线上的电压被降低。于是，通过控制NPN晶体管Q1和Q2的占空比比例，可以相应地控制电源线上的电压，从而可以将电压设置为至少为DC电源B的输出电压的任意电压。
图5为流程图，其说明了变换器控制装置302的操作，此装置利用升压变换器12控制电压变换。参照图5，在一系列操作的开始，变换器占空比比例计算单元52基于来自电压指令计算单元50的电压指令值Vdc_com和来自电压传感器10的DC电压Vb根据表达式(1)计算NPN晶体管Q1(上臂)的占空比D_ON_1(步骤S1)。
然后，变换器占空比比例计算单元52接收来自变换器PWM信号变换单元54的载波频率fc，以计算由所述接收的载波频率fc确定的控制时段长度T。变换器占空比比例计算单元52将控制时段长度T和死区时间Dt代入表达式(2)，以计算最大有效占空比D_MAX(步骤S2)。
变换器占空比比例计算单元52随后确定占空比D_ON_1是否大于最大有效占空比D_MAX，并小于所述最长占空比(步骤S3)。换言之，变换器占空比比例计算单元52确定占空比D_ON_1是否被死区时间Dt影响。
如果占空比D_ON_1大于最大有效占空比D_MAX，且小于所述最长占空比，变换器占空比比例计算单元52确定占空比D_ON_1被死区时间Dt影响，并将占空比D_ON_1设置为所述最大有效占空比D_MAX或所述最长占空比。然后，基于所述设置的占空比D_ON_1，变换器占空比比例计算单元52计算占空比D_ON_2(＝1-D_ON_1)。
变换器占空比比例计算单元52向变换器PWM信号变换单元54输出在占空比D_ON_1(＝1或D MAX)和占空比D_ON_2(＝0或1-D_MAX)之间的比例，作为占空比比例。
基于来自变换器占空比比例计算单元52的所述占空比比例，变换器PWM信号变换单元54产生信号PWMU或信号PWMD以向NPN晶体管Q1和Q2输出所述产生的信号。于是，通过将占空比D_ON_1设置为所述最长占空比或所述最大有效占空比D_MAX，控制NPN晶体管Q1和Q2的切换(步骤S4)。
此后，将占空比D_ON_1固定为所述最长占空比或最大有效占空比D_MAX，并重复进行步骤S1到步骤S4，直到占空比D_ON_1达到最大有效占空比D_MAX。当占空比D_ON_1达到最大有效占空比D_MAX，在步骤S3中确定占空比D_ON_1等于或小于最大有效占空比D_MAX，或者等于所述最长占空比，变换器占空比比例计算单元52计算基于电压指令值Vdc_com计算出的占空比D_ON_1和占空比D_ON_2之间的比例，作为占空比比例，并向变换器PWM信号变换单元54输出所述计算得到的占空比比例。
基于来自变换器占空比比例计算单元52的所述占空比比例，变换器PWM信号变换单元54产生信号PWMU或信号PWMD，以向NPN晶体管Q1和Q2输出所述产生的信号。于是，利用基于电压指令值Vdc_com计算得到的占空比D_ON_1和占空比D_ON_2，控制NPN晶体管Q1和Q2的切换(步骤S5)。
于是，完成所述系列操作。
图6A和6B为NPN晶体管Q1(上臂)的电压和占空比的时间图。参照图6A和6B，在遵循图5所示流程图进行升压操作的情况下，电压指令值Vdc_com在时刻t0开始增加。在从时刻t0到时刻t1的时段内，电压指令值Vdc_com相当接近于来自DC电源B的DC电压Vb。于是，基于电压指令值Vdc_com计算的占空比D_ON_1被死区时间Dt影响(此情形对应于图5的步骤S3中确定为“是”的情况)。
因而，在从时刻t0到时刻t1的时段内，占空比D_ON_1被固定在所述最长占空比(D_ON_1＝1.0)，从其中去除死区时间Dt的影响(见图6B)。在这种情况下，当升压变换器12的输出电压Vm偏离电压指令值Vdc_com时，占空比D_ON_1被固定在所述最长占空比。然后，在占空比D_ON_1被固定在所述最长占空比的状态下，进行所述升压操作(此情形对应于重复进行步骤S1-S4，直到图5的步骤S3中确定为“否”的情况)。
在从时刻t0到时刻t1的时段内，输出电压Vm从而保持在DC电压Vb(见图6A)。
此后，电压指令值Vdc_com增加，从而使得基于此电压指令值Vdc_com计算的占空比D_ON_1达到，例如，0.95。然后，占空比D_ON_1不被死区时间Dt影响。因此，使用基于电压指令值Vdc_com计算出的占空比D_ON_1和D_ON_2进行所述升压操作(对应于图5的S5)。
如果所述升压操作希望使得输出电压Vm接近DC电压Vb，在从时刻t0到时刻t1的时段内，占空比D_ON_1被固定在所述最长占空比，并且，在其它时段内基于电压指令值Vdc_com被线性地改变。
关于图6A和6B，在从时刻t0到时刻t1的时段内，占空比D_ON_1可被固定在所述最大有效占空比D_MAX。
这样，对于所述升压操作和所述降压操作，变换器控制装置302控制NPN晶体管Q1和Q2的切换。具体地，如果基于电压指令值Vdc_com计算得到的NPN晶体管Q1的占空比D_ON_1被死区时间Dt影响，利用固定在所述占空比(所述最长占空比或所述最大有效占空比D_MAX)的占空比D_ON_1控制NPN晶体管Q1和Q2的切换，从而消除死区时间Dt的影响。如果占空比D_ON_1不被死区时间Dt影响，使用基于电压指令值Vdc_com计算得到的占空比D_ON_1和占空比D_ON_2控制NPN晶体管Q1和Q2的切换。
在利用将占空比D_ON_1固定在所述最长占空比来控制NPN晶体管Q1和Q2的切换的情况下，变换器控制装置302沿着图4中所示经过点A、点B、点C和点D的路径改变占空比。在利用将占空比D_ON_1固定在所述最大有效占空比D_MAX来控制NPN晶体管Q1和Q2的切换的情况下，变换器控制装置302沿着经过点A、点E、点C和点D的路径改变占空比。
于是，如图6A和6B所示，即使在DC电压Vb的升压比接近1.0的区域中，即，电压指令值Vdc_com接近DC电压Vb的区域中，来自升压变换器12的输出电压Vm和来自DC电源B的DC电流Ib的扰动也可以被抑制。
最大有效占空比D_MAX由表达式(2)确定。由于表达式(2)中的控制时段长度T由用于控制NPN晶体管Q1和Q2的切换的载波频率fc确定，最大有效占空比D_MAX可能根据载波频率fc而改变。
进一步，由于NPN晶体管Q1和Q2的切换损失与载波频率fc相关联，可以考虑载波频率fc和切换损失来确定最大有效占空比D_MAX。
此外，如果图1中所示电机驱动设备100装载在混合动力车上，电动发电机MG1经由动力分配装置与所述发动机相连接，并且电动发电机MG2经由所述动力分配装置与前轮(驱动轮)相连接。在如下情况下，升压变换器12降低所述电压。具体地，在当所述混合动力车正在行驶时所述刹车踏板被踩下，使得电动发电机MG1被停止且提供给电动发电机MG2的电压降低的情况下，以及，在当所述混合动力车正在低速行驶时电动发电机MG1的发电被停止，使得提供给电动发电机MG2的电压降低的情况下，升压变换器12降压所述电压。在这些情况下，变换器控制装置302通过沿着图4中所示沿着点D、点C、点B和点A的路径或者经过点D、点C、点E和点A的路径改变占空比D_ON_1，控制升压变换器12，以将输出电压Vm降低到电压指令值Vdc_com。于是，即使所述混合动力车运行于减速模式或者低速模式，也可以抑制输出电压Vm和DC电流Ib的振荡，并避免DC电源B的损坏。
控制装置30的变换器控制装置302的电压变换控制实际上由CPU(中央处理单元)实施。所述CPU从ROM(只读存储器)中读取具有图5中所示流程图的步骤的程序，以执行所述读取的程序，从而遵循图5中所示的流程图控制所述电压变换。因而，所述ROM对应于在其上记录了程序的计算机(CPU)可读记录介质，所述程序具有图5中流程图的步骤。
在此，“电压变换设备”包括升压变换器12和控制装置30。
在此，“上臂”包括NPN晶体管Q1，而“下臂”包括NPN晶体管Q2。
所述最长占空比(占空比“1”)或最大有效占空比D_MAX意思为“适当的占空比”。
尽管对本发明进行了详细地说明和描述，但是，可以清楚地理解到，这些仅起到说明和举例的作用，并不作为对发明的限制，本发明的精神和范围仅由所附各项权利要求的所限制。
工业实用性
本发明应用于可以抑制输出电压振荡的电压变换设备。本发明还可以应用于一种计算机可读介质，其上记录了使计算机控制可抑制输出电压振荡的电压变换的程序。
Claims (11)
1.一种电压变换设备(12，30)，其可变地改变将用于逆变器(14，31)以驱动电机(MG1，MG2)的输入电压，其包括：
电压变换器(12)，其执行在电源(B)和所述逆变器(14，31)之间的电压变换；以及
控制装置(30)，其通过在所述电压变换的电压指令值至少为电源电压且至多为预定电压的情况下固定占空比来控制所述电压变换器(12)。
2.根据权利要求1所述的电压变换设备，其中，
基于所述电压变换器(12)的死区时间确定所述预定电压。
3.根据权利要求1所述的电压变换设备，其中，
在所述控制装置(30)控制所述电压变换器(12)以降低所述电压变换器(12)的输出电压的情况下，当所述电压指令值达到至少为所述电源电压且至多为所述预定电压的值时，所述控制装置(30)固定所述占空比。
4.根据权利要求1到3中任何一个所述的电压变换设备，其中，
所述电压变换器(12)以线性方式可变地改变所述输入电压。
5.一种电压变换设备(12，30)，其可变地改变将用于逆变器(14，31)以驱动电机(MG1，MG2)的输入电压，其包括：
电压变换器(12)，其包括在第一占空比被开启的上臂(Q1)，以及在第二占空比被开启的下臂(Q2)，并通过切换所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)来执行在电源(B)和所述逆变器(14，31)之间的电压变换，其中通过从1中减去所述第一占空比来确定所述第二占空比；以及
控制装置(30)，在基于由所述电压变换器(12)进行的所述电压变换的电压指令值计算的所述第一占空比被所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)的死区时间影响的情况下，其通过将所述第一占空比固定为消除了所述死区时间的影响的适当的占空比来切换所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)。
6.根据权利要求5所述的电压变换设备，其中，
在基于所述电压指令值计算得到的所述第一占空比大于最大有效占空比且小于允许所述上臂(Q1)在控制时段内持续开启的最长占空比的情况下，所述控制装置(30)通过将所述第一占空比固定为所述适当的占空比来控制所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)的切换，以及
通过用有效控制时段除以所述控制时段来确定所述最大有效占空比，其中，通过从所述控制时段中减去所述死区时间来计算所述有效控制时段。
7.根据权利要求6所述的电压变换设备，其中，
所述适当的占空比为所述最大有效占空比或所述最长占空比。
8.根据权利要求5到7中任何一个所述的电压变换设备，其中，
所述电压变换器(12)以线性方式可变地改变所述输入电压。
9.一种计算机可读记录介质，在其上记录有用于计算机的程序，以通过电压变换设备(12，30)控制电压变换，
所述电压变换设备(12，30)包括电压变换器(12)，其具有在第一占空比被开启的上臂(Q1)，以及在第二占空比被开启的下臂(Q2)，并通过切换所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)来执行在电源(B)和逆变器(14，31)之间的电压变换，其中通过从1中减去所述第一占空比来确定所述第二占空比，并且，
所述程序使得所述计算机执行：
第一步，基于所述电压变换的电压指令值计算所述第一占空比；
第二步，确定所述计算得到的第一占空比是否被所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)的死区时间所影响；以及
第三步，当确定所述计算得到的第一占空比被所述死区时间影响时，通过将所述第一占空比固定为适当的占空比来切换所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)。
10.根据权利要求9所述的计算机可读记录介质，其中，
所述第二步包括：
第一子步骤，利用所述死区时间计算最大有效占空比；
第二子步骤，确定所述计算得到的第一占空比是否大于所述最大有效占空比且小于允许所述上臂(Q1)在控制时段内持续开启的最长占空比；
第三子步骤，当所述第一占空比大于所述最大有效占空比且小于所述最长占空比时，确定所述第一占空比被所述死区时间影响；以及
第四子步骤，当所述第一占空比至多为所述最大有效占空比或等于所述最长占空比时，确定所述第一占空比不被所述死区时间影响，并且，
通过用有效控制时段除以所述控制时段来确定所述最大有效占空比，其中，通过从所述控制时段中减去所述死区时间来计算所述有效控制时段。
11.根据权利要求10所述的计算机可读记录介质，其中，
在所述第三步，通过将所述第一占空比固定为所述最大有效占空比或所述最长占空比来控制所述上臂(Q1)和所述下臂(Q2)的切换。
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