DE102016219750A1

DE102016219750A1 - DC/DC-Wandler

Info

Publication number: DE102016219750A1
Application number: DE102016219750.9A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Kihara; Noriyuki Wada; Mitsuyasu Kunihiro; Makoto Akashi; Yuta Komatsu; Satoshi Murakami; Yoshihiro Takeshima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2017-09-28
Also published as: CN107231088A; US20170279356A1; JP6121018B1; US9893619B2; JP2017175749A; CN107231088B

Abstract

Erhalten wird ein DC/DC-Wandler, in dem eine Spannung an beiden Enden von jedem von Kondensatoren sicher einheitlich gemacht werden kann, während ein Überstrom, der zwischen den Kondensatoren, die den DC/DC-Wandler bilden, durchgeleitet wird, verhindert wird. In einem DC/DC-Wandler (50), der eine Vielzahl von Schaltelementen (2a–2d), eine Drosselspule (L), einen niedrigspannungsseitigen Kondensator (3), einen hochspannungsseitigen Kondensator (4), einen Lade-Entlade-Kondensator (5) und eine Steuereinrichtung (6) enthält, die die Schaltelemente (2a–2d) treibt und steuert, führt die Steuereinrichtung (6) eine Sanftanlaufsteuerung durch, in der ein Tastverhältnis von wenigstens einem der Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht während des Zeitraums der Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, ausgeschaltet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Es gibt einen konventionellen DC/DC-Wandler, der eine Anschlussgruppe, eine Drosselspule, eine Schaltelement-Reihenschaltung, einen Lade-Entlade-Kondensator und einen Glättungskondensator enthält, in einem Zustand, wo die Anschlussgruppe einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss enthält, und die Schaltelement-Reihenschaltung ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement enthält, die in Reihe geschaltet sind. Ein Anschlusspunkt des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements ist mit dem ersten Anschluss via die Drosselspule verbunden, und eine entgegengesetzte Seite eines Verbindungspunktes des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss verbunden, und der Lade-Entlade-Kondensator ist zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements und einem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements angeschlossen, und der Glättungskondensator ist zu der Schaltelement-Reihenschaltung parallelgeschaltet, und die Schaltelement-Reihenschaltung ist mit dem dritten Anschluss und dem vierten Anschluss verbunden, und der erste Anschluss und der zweite Anschluss werden als niedrigspannungsseitige Anschlüsse verwendet, und der dritte Anschluss und der vierte Anschluss werden als hochspannungsseitige Anschlüsse verwendet, und eine DC-Spannung wird zwischen den niedrigspannungsseitigen Anschlüssen und den hochspannungsseitigen Anschlüssen umgewandelt. Eine Steuervorrichtung enthält eine erste Berechnungseinrichtung, eine zweite Berechnungseinrichtung und eine Öffnen-Schließen-Steuereinrichtung. Die erste Berechnungseinrichtung berechnet einen ersten Berechnungswert in Übereinstimmung mit einer Differenzspannung zwischen einem hochspannungsseitigen Spannungsanweisungswert, der ein Spannungsanweisungswert bei einer Hochspannungsseite ist, und einem hochspannungsseitigen Spannungserfassungswert, der ein Spannungserfassungswert bei einer Hochspannungsseite ist, oder in Übereinstimmung mit einer Differenzspannung zwischen einem niedrigspannungsseitigen Spannungsanweisungswert, der ein Spannungsanweisungswert bei einer Niedrigspannungsseite ist, und einem niedrigspannungsseitigen Spannungserfassungswert, der ein Spannungserfassungswert bei einer Niedrigspannungsseite ist. Die zweite Berechnungseinrichtung berechnet einen zweiten Berechnungswert in Übereinstimmung mit einer Differenzspannung zwischen einem Spannungsanweisungswert des Lade-Entlade-Kondensators und einem Spannungserfassungswert des Lade-Entlade-Kondensators. Die Öffnen-Schließen-Steuereinrichtung berechnet ein Einschaltverhältnis bzw. Erregungsverhältnis in Übereinstimmung mit dem ersten Berechnungswert und dem zweiten Berechnungswert und steuert eine Öffnen-Schließen-Operation des ersten Schaltelements, des zweiten Schaltelements, des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements in Übereinstimmung mit dem Einschaltverhältnis (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Darüber hinaus gibt es einen DC/DC-Wandler vom nicht-isolierten Typ, als einen konventionellen DC/DC-Wandler gemäß einem anderen Beispiel, der wenigstens zwei mit einer Spule verbundene Schaltelemente enthält und eine DC-Leistungsumwandlung derart durchführt, dass die zwei Schaltelemente invertiert zueinander durch einen Steuerschaltkreis betrieben werden, in dem der Steuerschaltkreis eine Sanftanlaufsteuerung durchführt, in der eine Im-Dienst-Zeit (Engl.: on-duty time) eines Schaltelements schrittweise erhöht wird, wenn ein Betrieb gestartet wird, und das andere Schaltelement ausgeschaltet ist während der Sanftanlaufsteuerung (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Patentdokument 1: Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 5457559
Patentdokument 2: Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. 3501226
In einem DC/DC-Wandler, der im Patentdokument 1 beschrieben ist, wird jedoch eine Phasendifferenz zwischen einem Gate-Signal eines ersten Schaltelements und einem Gate-Signal eines zweiten Schaltelements als 180° gesteuert, und ein Gate-Signal des ersten Schaltelements und ein Gate-Signal eines vierten Schaltelements werden als Komplementärbeziehung gesteuert, und ein Gate-Signal eines zweiten Schaltelements und ein Gate-Signal eines dritten Schaltelements werden als eine Komplementärbeziehung gesteuert, so dass ein Tastverhältnis bzw. eine relative Einschaltdauer (Engl.: duty ratio) des ersten Schaltelements und ein Tastverhältnis bzw. eine relative Einschaltdauer des dritten Schaltelements nicht als 1 gesetzt werden können, und eine Spannung an beiden Enden eines niedrigspannungsseitigen Kondensators und eine Spannung an beiden Enden eines Lade-Entlade-Kondensators nicht einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht werden können. Wenn eine Spannung erhöht wird, und ein hochspannungsseitiger Spannungsanweisungswert rasch zu einem niedrigen Wert variiert wird, der ein niedrigspannungsseitiger Spannungspegel ist, werden darüber hinaus ein Tastverhältnis des dritten Schaltelements und ein Tastverhältnis des vierten Schaltelements rasch erhöht, so dass ein Überstrom, der einer Differenz zwischen Spannungen an beiden Enden eines niedrigspannungsseitigen Kondensators und eines hochspannungsseitigen Kondensators entspricht, zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator und dem hochspannungsseitigen Kondensator durchgeleitet wird, und eine niedrigspannungsseitige Spannung und eine hochspannungsseitige Spannung einheitlich gemacht werden. In diesem Fall gibt es deshalb eine Befürchtung, dass ein Schaltelement oder ein Kondensator durch einen Überstrom zerstört wird, und eine Drosselspule verschlechtert wird. Die Spannungen an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators und des hochspannungsseitigen Kondensators können mit anderen Worten nicht sicher ohne Passieren eines Überstroms einheitlich gemacht werden.
Darüber hinaus wird in einem DC/DC-Wandler, der im Patentdokument 2 beschrieben wird, ein Schaltelement, das mit einer Spule verbunden ist, sanft-gestartet, so dass, wenn die Sanftanlaufoperation auf den DC/DC-Wandler angewendet wird, der im Patentdokument 2 beschrieben ist, eine Ci-Spannung (VCi) oder eine Cf-Spannung (VCf) nicht während eines Sanftanlaufzeitraums variiert werden. Danach, wenn ein Betrieb zu einem normalen Betrieb verlagert wird, und ein Schaltelement S1 angeschaltet wird, wird ein Überstrom, der einer Differenz zwischen der VCi und der VCf entspricht, durch einen Durchtritt von Ci → L → S3 → Cf → S1 durchgeleitet, so dass es eine Befürchtung gibt, dass ein Schaltelement oder ein Kondensator durch einen Überstrom zerstört wird, und eine Drosselspule verschlechtert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen DC/DC-Wandler zu erhalten, in dem ein Überstrom, der zwischen Kondensatoren, die den DC/DC-Wandler zusammensetzen, durchgeleitet wird, verhindert wird, und Spannungen an beiden Enden von jedem der Kondensatoren sicher einheitlich gemacht werden.
Ein DC/DC-Wandler enthält: eine Vielzahl von Schaltelementen; eine Drosselspule; einen niedrigspannungsseitigen Kondensator; einen hochspannungsseitigen Kondensator; einen Lade-Entlade-Kondensator; und eine Steuereinrichtung, die die Schaltelemente treibt und steuert; in dem die Vielzahl von Schaltelementen ein erstes Schaltelement, in dem ein erster Anschluss mit einem negativen Pol des niedrigspannungsseitigen Kondensatorsverbunden ist; ein zweites Schaltelement, in dem ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements verbunden ist, und ein zweiter Anschluss mit einem positiven Pol des niedrigspannungsseitigen Kondensators via die Drosselspule verbunden ist; ein drittes Schaltelement, in dem ein erster Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements verbunden ist; und ein viertes Schaltelement enthält, in dem ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss des dritten Schaltelements verbunden ist, und ein zweiter Anschluss mit einem positiven Pol des hochspannungsseitigen Kondensators verbunden ist; und in dem der Lade-Entlade-Kondensator zwischen einem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements und einem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements angeschlossen ist; wobei die Steuereinrichtung eine Sanftanlaufsteuerung durchführt, in der ein Tastverhältnis (Engl.: duty ratio) von wenigstens einem der Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht während eines Zeitraums der Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, ausgeschaltet wird, wobei eine Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators zu einer Spannung an beiden Enden des Lade-Entlade-Kondensators einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht (Engl.: uniformalized) wird, oder die Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators zu einer Spannung an beiden Enden des hochspannungsseitigen Kondensators einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht wird.
In einem DC/DC-Wandler der vorliegenden Erfindung wird ein Überstrom verhindert, der zwischen Kondensatoren durchgeleitet wird, und Spannungen an beiden Enden von jedem der Kondensatoren können sicher einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht werden. Darüber hinaus wird ein Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung reduziert werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuereinrichtung veranschaulicht, die eine Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchführt.
3 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern der Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation einer Steuereinrichtung veranschaulicht, die eine Sanftanlaufsteuerung in einem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung durchführt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hier werden im Nachfolgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf Zeichnungen erläutert werden. Außerdem verweisen Bezugszeichen, die dieselben wie diese in jeder von 1 bis 12 sind, auf dieselben oder äquivalente Teile.
Ausführungsform 1
Hier wird im Nachfolgenden ein DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
1 ist ein Schaltkreisdiagramm zum Erläutern des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 veranschaulicht, ist ein DC/DC-Wandler (Elektrische-Leistung-Wandler) 50 zusammengesetzt aus einer Drosselspule 1, einem Halbleitermodul 2, das ein erstes Halbleiter-Schaltelement 2a, ein zweites Halbleiter-Schaltelement 2b, ein drittes Halbleiter-Schaltelement 2c und ein viertes Halbleiter-Schaltelement 2d enthält, einem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3, einem hochspannungsseitigen Kondensator 4, einem Lade-Entlade-Kondensator 5 und einer Steuereinrichtung 6, die das erste Halbleiter-Schaltelement 2a, das zweite Halbleiter-Schaltelement 2b, das dritte Halbleiter-Schaltelement 2c und das vierte Halbleiter-Schaltelement 2d steuert. Darüber hinaus ist eine Hochspannungsbatterie 51 bei einer Niedrigspannungsseite (zwischen P1 und N1) des DC/DC-Wandlers 50 angeschlossen, und ein Elektromotor 52 ist bei einer Hochspannungsseite (zwischen P2 und N2) des DC/DC-Wandlers 50 angeschlossen. Außerdem ist jedes des ersten Halbleiter-Schaltelements 2a, des zweiten Halbleiter-Schaltelements 2b, des dritten Halbleiter-Schaltelements 2c und des vierten Halbleiter-Schaltelements 2d beispielsweise aus einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und einer Diode zusammengesetzt, die invertiert und parallel zu dem IGBT angeschlossen ist.
In 1 ist der DC/DC-Wandler 50 ein Zwei-Weg-Typ-Wandler, der elektrische Leistung in zwei Wegen zwischen einer Niedrigspannungsseite und einer Hochspannungsseite umwandeln kann, und eine Eingangsspannung (niedrigspannungsseitige Spannung) V1, die zwischen P1 und N1 (Anschlüsse bei der Niedrigspannungsseite) eingegeben wird, wird bei einer Spannung erhöht, die höher als die Eingangsspannung V1 ist, und eine Ausgangsspannung (hochspannungsseitige Spannung) V2, die erhöht wird, wird zwischen P2 und N2 (Anschlüsse bei der Hochspannungsseite) ausgegeben. Außerdem werden die Spannung V1 und die Spannung V2 einfach als die V1 und die V2 in der folgenden Beschreibung beschrieben. Ein Endanschluss des ersten Halbleiter-Schaltelements 2a ist mit einem Negativer-Pol-seitigen Anschluss des niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 verbunden. Ein Endanschluss des zweiten Halbleiter-Schaltelements 2b ist mit dem anderen Endanschluss des ersten Halbleiter-Schaltelements 2a verbunden, und der andere Endanschluss des zweiten Halbleiter-Schaltelements 2b ist mit einem Positiver-Pol-seitigen Anschluss des niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 via die Drosselspule 1 verbunden. Ein Endanschluss des dritten Halbleiter-Schaltelements 2c ist mit dem anderen Endanschluss des zweiten Halbleiter-Schaltelements 2b verbunden. Ein Endanschluss des vierten Halbleiter-Schaltelements 2d ist mit dem anderen Endanschluss des dritten Halbleiter-Schaltelements 2c verbunden, und der andere Endanschluss des vierten Halbleiter-Schaltelements 2d ist mit einem Positiver-Pol-seitigen Anschluss des hochspannungsseitigen Kondensators 4 verbunden. Darüber hinaus ist ein Endschluss des Lade-Entlade-Kondensators 5 mit einem mittleren Verbindungspunkt zwischen dem ersten Halbleiter-Schaltelement 2a und dem zweiten Halbleiter-Schaltelement 2b verbunden, und der andere Endanschluss des Lade-Entlade-Kondensators 5 ist mit einem mittleren Verbindungspunkt zwischen dem dritten Halbleiter-Schaltelement 2c und dem vierten Halbleiter-Schaltelement 2d verbunden.
Der niedrigspannungsseitige Kondensator 3 glättet die V1. Die Drosselspule 1 wird zum Akkumulieren von Energie verwendet. Die V1 wird auf die V2 durch das Halbleitermodul 2 und den Lade-Entlade-Kondensator 5 erhöht. Außerdem ist/wird jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d des Halbleitermoduls 2 angeschaltet, wenn ein Gate-Signal als ein Hoch-Modus in Ausführungsform 1 gesetzt ist. Der hochspannungsseitige Kondensator 4 glättet die V2. Die Steuereinrichtung 6 erzeugt ein Gate-Signal von jedem des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d, wodurch jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angeschaltet oder ausgeschaltet wird.
2 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung, die eine Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchführt. Wie in 2 angegeben, ist die Steuereinrichtung 6 zusammengesetzt aus einem Dienst-Generator bzw. Einschalt-Generator (Engl.: duty generator) 601, einem Dreieckswelle-Generator 602, einem Komparator 603, einem Komparator 604, einem Komparator 605 und einem Komparator 606. Der Dienst-Generator 601 erzeugt ein Tastverhältnis D1 bis ein Tastverhältnis D4. Der Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt eine Dreieckswelle TW1 bis eine Dreieckswelle TW4. In diesem Fall ist jede der Frequenzen der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4 ähnlich zu einer Frequenz in einem normalen Betriebszustand, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht durchgeführt wird. Darüber hinaus ist jede von einer Phasendifferenz der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4 als 0° gesetzt. Ein Gate-Signal G1 wird erzeugt mittels Vergleichen des Tastverhältnisses D1 mit der Dreieckswelle TW1 durch den Komparator 603. In diesem Fall wird das Tastverhältnis D1 linear von 0 bis 1 während der Sanftanlaufzeit Tsoft1 variiert. Deshalb wird das Signal G1 abwechselnd zwischen einem Niedrig-Pegel (aus) und einem Hoch-Pegel (an) variiert, und eine An-Zeit einer Wellenform wird schrittweise erweitert. Darüber hinaus wird ein Gate-Signal G2 erzeugt mittels Vergleichen des Tastverhältnisses D2 mit der Dreieckswelle TW2 durch den Komparator 604. Darüber hinaus wird ein Gate-Signal G3 erzeugt durch Vergleichen des Tastverhältnisses D3 mit der Dreieckswelle TW3 durch den Komparator 605. Weiterhin wird ein Gate-Signal G4 erzeugt durch Vergleichen des Tastverhältnisses D4 mit der Dreieckswelle TW4 durch den Komparator 606. In diesem Fall ist jedes von dem Tastverhältnis D2 bis Tastverhältnis D4 konstant als 0 gesetzt. Deshalb ist jedes von dem Gate-Signal G2 bis Gate-Signal G4 konstant als ein Niedrig-Pegel (aus) gesetzt.
3 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern der Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 3 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 3 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, eine V0 (eine Mittelspannung, die eine Spannung an beiden Enden des Lade-Entlade-Kondensators 5 ist), und die V2 angibt. Wie in der Wellenformgruppe (a) angegeben, die in 3 veranschaulicht ist, wird eine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt, bei der das Gate-Signal G1 des Halbleiter-Schaltelements 2a schrittweise von 0% bis 100% variiert wird während der Sanftanlaufzeit Tsoft1 (erster Sanftanlauf-Zeitraum) von Zeit (t = 0), und das Gate-Signal G2 des Halbleiter-Schaltelements 2b, das Gate-Signal G3 des Halbleiter-Schaltelements 2c und das Gate-Signal G4 des Halbleiter-Schaltelements 2d, in denen keine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, sind ausgeschaltet. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 3 veranschaulicht ist, wird in einem Fall, wo jeder der Spannungswerte repräsentiert wird als V2 > V1 = Vbat > V0 in einem Zustand, wo eine Spannung an beiden Enden der Hochspannungsbatterie 51 die Vbat ist, und t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G1 angeschaltet ist/wird, ein elektrischer Strom durch eine Passage von dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (Batterie C1) → Drosselspule 1 (L) → Halbleiter-Schaltelement 2c (S3) → Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) → Halbleiter-Schaltelement 2a (S1) durchgeleitet, und die V0 wird erhöht, und jeder der Spannungswerte wird schrittweise als V1 = V0 = Vbat konvergiert. Die Sanftanlaufzeit Tsoft1 wird zuvor bestimmt durch Verwendung einer Simulation oder dergleichen derart, dass eine Komponente, in der ein elektrischer Nennstrom der kleinste ist, nicht zerstört wird, und ein elektrischer Strom, der zwischen den Kondensatoren passiert, geringer als der elektrische Nennstrom der Komponente ist. Außerdem wird ein elektrischer Strom, der proportional zu einer Spannungsdifferenz zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, erhöht, so dass die Sanftanlaufzeit Tsoft1 durch Verwendung einer Simulation oder dergleichen in Übereinstimmung mit einer Bedingung einer maximalen Potentialdifferenz, die geschätzt wird, berechnet werden kann.
Die Steuereinrichtung 6 führt eine Sanftanlaufsteuerung durch, in der ein Tastverhältnis von wenigstens einem der Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht durchgeführt wird während des Zeitraums, in dem die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, ist/wird ausgeschaltet, wodurch eine Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 zu einer Spannung an beiden Enden des Lade-Entlade-Kondensators 5 einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht wird, oder die Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 zu einer Spannung an beiden Enden des hochspannungsseitigen Kondensators 4 einheitlich gemacht bzw. vereinheitlicht wird. Diese Operationen werden ähnlich in den Ausführungsformen durchgeführt, die in der folgenden Beschreibung erläutert werden.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 höher als die Mittelspannung V0 ist, die V1 und die V0 sicher in einem Zustand einheitlich gemacht werden können, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) durchgeleitet wird, verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung können reduziert werden.
Darüber hinaus ist 4 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 4 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 4 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. Wie in der Wellenformgruppe (a) angegeben, die in 4 veranschaulicht ist, wird eine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt, in der das Tastverhältnis D1, das Tastverhältnis D2 und das Tastverhältnis D4, die von dem Dienst-Generator 601 erzeugt werden, konstant als 0 durch die Steuereinrichtung 6 gesetzt sind zwischen Zeit t = 0 und Sanftanlaufzeit Tsoft1 (erster Sanftanlauf-Zeitraum), und das Tastverhältnis D3 linear variiert wird von 0 bis 1 während der Sanftanlaufzeit Tsoft1, und das Gate-Signal G3 des Halbleiter-Schaltelements 2c schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Gate-Signal G1 des Halbleiter-Schaltelements 2a, das Gate-Signal G2 des Halbleiter-Schaltelements 2b und das Gate-Signal G4 des Halbleiter-Schaltelements 2d sind ausgeschaltet. Außerdem ist jede der Frequenzen der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4, die von dem Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt werden, ähnlich zu einer Frequenz in einem normalen Betriebszustand, in dem eine Sanftanlaufsteuerung nicht durchgeführt wird. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 4 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten als V2 > V1 > V0 = Vbat in einem Zustand repräsentiert ist, wo eine Spannung an beiden Enden der Hochspannungsbatterie 51 die Vbat ist, und t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 angeschaltet wird, ein elektrischer Strom durch eine Passage von S1 → C0 → Halbleiter-Schaltelement 2c (S3) → L → niedrigspannungsseitiger Kondensator 3 (Batterie C1) durchgeleitet, und die V0 wird verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise konvergiert als V1 = V0 = Vbat.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die Mittelspannung V0 ist, die V1 und die V0 sicher in einem Zustand einheitlich gemacht werden können, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) durchgeleitet wird, verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung können reduziert werden.
5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 5 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 5 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. Wie in der Wellenformgruppe (a) angegeben, die in 5 veranschaulicht ist, wird eine Sanftanlaufsteuerung, in der das Tastverhältnis D2 und das Tastverhältnis D4, die von dem Dienst-Generator 601 erzeugt werden, konstant als 0 durch die Steuereinrichtung 6 gesetzt werden zwischen Zeit t = 0 und Sanftanlaufzeit Tsoft1 (erster Sanftanlauf-Zeitraum), und das Tastverhältnis D1 und das Tastverhältnis D3 linear von 0 bis 1 während der Sanftanlaufzeit Tsoft1 variiert werden, und das Gate-Signal G1 des Halbleiter-Schaltelements 2a und das Gate-Signal G3 des Halbleiter-Schaltelements 2c schrittweise von 0% bis 100% variiert werden, durchgeführt, und das Gate-Signal G2 des Halbleiter-Schaltelements 2b und das Gate-Signal G4 des Halbleiter-Schaltelements 2d sind ausgeschaltet. Außerdem ist jede von Frequenzen der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4, die von dem Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt werden, ähnlich zu einer Frequenz in einem normalen Betriebszustand, in dem keine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 5 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten repräsentiert ist als V2 > V1 = Vbat > V0 in einem Zustand, wo t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G1 angeschaltet wird, ein elektrischer Strom durch eine Passage von Batterie (C1) → L → S3 → C0 → S1 durchgeleitet, und die V0 wird erhöht, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise konvergiert als V1 = V0 = Vbat. Obwohl der folgende Fall nicht in 5 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten als V2 > V0 > V1 = Vbat in einem Zustand repräsentiert ist, wo t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 angeschaltet wird, ein elektrischer Strom durch eine Passage von S1 → C0 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V0 wird verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise konvergiert als V1 = V0 = Vbat.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 höher als die Mittelspannung V0 ist, oder die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die Mittelspannung V0 ist, die V1 und die V0 sicher in einem Zustand einheitlich gemacht werden können, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) durchgeleitet wird, verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung können reduziert werden. Außerdem kann ein in 7 angegebenes Schaltmuster, das später beschrieben wird, verwendet werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 6 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 6 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. Wie in der Wellenformgruppe (a) angegeben, die in 6 veranschaulicht ist, wird eine Sanftanlaufsteuerung, in der das Tastverhältnis D1 und das Tastverhältnis D2, die von dem Dienst-Generator 601 erzeugt werden, konstant als 0 gesetzt werden durch die Steuereinrichtung 6 zwischen Zeit t = 0 und Sanftanlaufzeit Tsoft1 (erster Sanftanlauf-Zeitraum), und das Tastverhältnis D3 und das Tastverhältnis D4 linear von 0 bis 1 während der Sanftanlaufzeit Tsoft1 variiert werden, und das Gate-Signal G3 des Halbleiter-Schaltelements 2c und das Gate-Signal G4 des Halbleiter-Schaltelements 2d schrittweise von 0% bis 100% variiert werden, durchgeführt, und das Gate-Signal G1 des Halbleiter-Schaltelements 2a und das Gate-Signal G2 des Halbleiter-Schaltelements 2b sind ausgeschaltet. Außerdem ist jede von Frequenzen der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4, die von dem Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt werden, ähnlich zu einer Frequenz in einem normalen Betriebszustand, in dem keine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 6 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten repräsentiert ist als V2 > V0 > V1 = Vbat in einem Zustand, wo eine Spannung an beiden Enden der Hochspannungsbatterie 51 die Vbat ist, und t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 angeschaltet werden, ein elektrischer Strom durch eine Passage von dem hochspannungsseitigen Kondensator 4 (C2) → Halbleiter-Schaltelement 2d (S4) → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 wird verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise als V2 = V0 konvergiert. Danach, wenn das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 angeschaltet werden, wird ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 (C0) → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 und die V0 werden auch verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise als V2 = V0 = V1 = Vbat konvergiert. Die V1, die V0 und die V2 können mit anderen Worten sicher einheitlich gemacht werden, während/indem ein Überstrom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, durch die Sanftanlaufsteuerung verhindert werden kann. Darüber hinaus wird jeder von Spannungswerten als V1 = V2 konvergiert, so dass ein Modus jeder der Komponenten sicher zu einem Direktverbindungsmodus (ein Modus, in dem eine niedrigspannungsseitige Spannung direkt an eine Hochspannungsseite angelegt werden kann) umgeschaltet werden kann. Obwohl der folgende Fall nicht in 6 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten als V2 > V1 > Vbat = V0 repräsentiert ist in einem Zustand, wo t = 0, wenn die Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 angeschaltet werden, ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 → S4 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 wird verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise konvergiert als V2 = V1 = Vbat.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die hochspannungsseitige Spannung V2 ist, die V1 und die V2 sicher in einem Zustand einheitlich gemacht werden können, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem hochspannungsseitigen Kondensator 4 (C2) durchgeleitet wird, verhindert wird. Die V1 und die V2 können mit anderen Worten sicher einheitlich gemacht werden (die V1 und die V2 können sicher zu einem Direktverbindungsmodus umgeschaltet werden), während/indem ein Überstrom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, durch die Sanftanlaufsteuerung verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung können reduziert werden.
Darüber hinaus ist 7 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 7 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 7 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. Wie in der Wellenformgruppe (a) angegeben, die in 7 veranschaulicht ist, wird die Sanftanlaufsteuerung, in der das Tastverhältnis D1 und das Tastverhältnis D2, die von dem Dienst-Generator 601 erzeugt werden, konstant als 0 gesetzt werden durch die Steuereinrichtung 6 zwischen Zeit t = 0 und Sanftanlaufzeit Tsoft1 (erster Sanftanlauf-Zeitraum), und das Tastverhältnis D3 und das Tastverhältnis D4 linear von 0 bis 1 während der Sanftanlaufzeit Tsoft1 variiert werden, und das Gate-Signal G3 des Halbleiter-Schaltelements 2c und das Gate-Signal G4 des Halbleiter-Schaltelements 2d schrittweise von 0% bis 100% variiert werden, in einem Zustand, wo eine Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 180° ist, durchgeführt, und das Gate-Signal G1 des Halbleiter-Schaltelements 2a und das Gate-Signal G2 des Halbleiter-Schaltelements 2b sind ausgeschaltet. In diesem Fall ist jede von Frequenzen der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW4, die von dem Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt werden, ähnlich zu einer Frequenz in einem normalen Betriebszustand, in dem keine Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird. Außerdem ist eine Phasendifferenz der Dreieckswelle TW4 bezüglich der Dreieckswelle TW1 bis Dreieckswelle TW3 als 180° gesetzt. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 7 veranschaulicht ist, wird in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten repräsentiert ist als V2 > V0 > V1 = Vbat in einem Zustand, wo eine Spannung an beiden Enden der Hochspannungsbatterie 51 die Vbat ist, und t = 0, wenn eine Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 angeschaltet wird, ein elektrischer Strom durch eine Passage von S1 → C0 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und wenn das Gate-Signal G4 angeschaltet wird, wird ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 → S4 → C0 → Halbleiter-Schaltelement 2b (S2) → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 und die V0 werden verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise als V2 = V1 = Vbat konvergiert.
In diesem Fall wird ein elektrischer Strom IL, der durch die Drosselspule 1 durchgeleitet wird, durch die folgende Formel (1) repräsentiert. "VL" ist eine Spannung an beiden Enden der Drosselspule 1, "L" ist eine Induktivität der Drosselspule 1, "D" ist ein Tastverhältnis des Halbleiter-Schaltelements und "T1" ist ein Schaltzyklus des Halbleiter-Schaltelements. IL = (VL/L) × D × T1 Formel (1)
Wenn das Gate-Signal G3 angeschaltet wird, wird, wie oben beschrieben, ein elektrischer Strom durch eine Passage von S1 → C0 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, so dass die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1 als "V1 – V0" repräsentiert wird. Wenn das Gate-Signal G4 angeschaltet wird, wird darüber hinaus der elektrische Strom durch eine Passage von C2 → S4 → C0 → S2 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, so dass die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1 als "V1 – (V2 – V0)" repräsentiert wird. Wenn andererseits eine Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 0° ist, wird ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 → S4 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, so dass die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1 repräsentiert wird als "V1 – V2". In diesem Fall gibt es eine Beziehung "V2 > V0 > V1 = Vbat", falls es beispielsweise angenommen wird, dass "V1 = Vbat = 200 V", "V0 = 300 V" und "V2 = 600 V", wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 180° ist, und wenn das Gate-Signal G3 angeschaltet wird, wird die Spannung an beiden Enden VL repräsentiert als "VL = V1 – V0 = 200 – 300 = –100 V", und wenn das Gate-Signal G4 angeschaltet wird, wird die Spannung an beiden Enden VL repräsentiert als "VL = V1 – (V2 – V0) = 200 – (600 – 300) = –100 V", und wenn die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 0° ist, wird die Spannung an beiden Enden VL repräsentiert als "VL = V1 – V2 = 200 – 600 = –400 V". Deshalb kann die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1 in einem Fall, wo die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 180° ist, niedriger sein als die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1 in einem Fall, wo die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 0° ist. Wenn der elektrische Strom IL der Drosselspule 1, die Induktivität L und der Schaltzyklus T1 als konstante Werte in Übereinstimmung mit der Formel (1) gesetzt werden, kann mit anderen Worten das Tastverhältnis D des Halbleiter-Schaltelements in einem Fall, wo die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 180° ist, höher als das Tastverhältnis D des Halbleiter-Schaltelements in einem Fall sein, wo die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 0° ist. Deshalb kann eine Steigung, in der das Tastverhältnis D von 0 zu 1 variiert wird, erhöht werden, so dass die Sanftanlaufzeit Tsoft1 reduziert werden kann, und jeder der Spannungswerte früher einheitlich gemacht werden kann.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die hochspannungsseitige Spannung V1 ist, die V1 und die V2 sicher einheitlich gemacht werden können (die V1 und die V2 können sicher zu einem Direktverbindungsmodus umgeschaltet werden) in einem Zustand, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem hochspannungsseitigen Kondensator 4 (C2) durchgeleitet wird, vermieden wird. Darüber hinaus wird der Überstrom vermieden, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung können reduziert werden. Weiterhin ist die Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 180°, so dass der elektrische Strom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, reduziert werden kann, und die Sanftanlaufzeit reduziert werden kann.
Darüber hinaus ist 8 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 8 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 8 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. Das Schaltmuster hat eine Charakteristik, in der ein zweiter Sanftanlauf-Zeitraum, in dem eine Sanftanlaufzeit Tsoft2 ist, nach einem ersten Anlaufzeitraum bereitgestellt ist. In diesem Fall wird ein Steuerung-Aus-Zeitraum, in dem das Gate-Signal G1 bis Gate-Signal G4 auf einen Niedrig-Pegel (aus) gesetzt werden, um das Tastverhältnis D1 bis Tastverhältnis D4 zu variieren, bereitgestellt zwischen dem ersten Anlaufzeitraum und dem zweiten Sanftanlauf-Zeitraum. Beispielsweise wird der Steuerung-Aus-Zeitraum als 10 ms gesetzt. Jede von Wellenformen des ersten Anlaufzeitraums ist ähnlich zu jeder der in 5 veranschaulichten Wellenformen, und die Sanftanlaufsteuerung, in der eine Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G1 und dem Gate-Signal G3 0° ist, wird durchgeführt, wodurch jeder von Spannungswerten schrittweise als V0 = V1 = Vbat konvergiert wird. Jede von Wellenformen des zweiten Anlaufzeitraums ist ähnlich zu jeder der in 6 angegebenen Wellenformen, und die Sanftanlaufsteuerung, in der eine Phasendifferenz zwischen dem Gate-Signal G3 und dem Gate-Signal G4 0° ist, wird durchgeführt, wodurch jeder von Spannungswerten schrittweise als V2 = V0 = V1 = Vbat konvergiert wird. Außerdem wird die Sanftanlaufzeit Tsoft2 ähnlich bestimmt, wie die Sanftanlaufzeit Tsoft1 bestimmt wird.
Wie oben beschrieben, wird die Sanftanlaufsteuerung jedes des Schaltelements 2a, des Schaltelements 2b, des Schaltelements 2c und des Schaltelements 2d durchgeführt, wodurch, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 höher als die Mittelspannung V0 ist, oder die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die Mittelspannung V0 ist, die V1 und die V0 sicher einheitlich gemacht werden können in einem Zustand, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) durchgeleitet wird, verhindert wird. Danach, wenn die niedrigspannungsseitige Spannung V1 niedriger als die hochspannungsseitige Spannung V2 ist, können die V1 und die V2 sicher einheitlich gemacht werden (die V1 und die V2 können sicher zu einem Direktverbindungsmodus umgeschaltet werden) in einem Zustand, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen dem niedrigspannungsseitigen Kondensator 3 (C1) und dem Lade-Entlade-Kondensator 5 (C0) durchgeleitet wird, verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung reduziert werden können. Außerdem wird ein Verfahren, durch das eine Phasendifferenz des Gate-Signals 3 und des Gate-Signals 4 bei 180° abgelenkt bzw. zur Abweichung gebracht wird, wie in 7 angegeben, auf das Schaltmuster angewendet, wie in 8 angegeben, wodurch es selbstverständlich ist, dass die Sanftanlaufzeit Tsoft2 des zweiten Sanftanlauf-Zeitraums reduziert werden kann. Obwohl der Steuerung-Aus-Zeitraum bereitgestellt wird zwischen dem ersten Sanftanlauf-Zeitraum und dem zweiten Sanftanlauf-Zeitraum, ist es darüber hinaus geeignet, dass der Steuerung-Aus-Zeitraum nicht bereitgestellt wird, und jedes von dem Tastverhältnis D1 bis Tastverhältnis D4 bei einem Steuerung-Timing variiert wird, gerade nachdem der erste Sanftanlauf-Zeitraum terminiert wird.
Darüber hinaus ist 9 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung, in Übereinstimmung mit dem weiteren anderen Schaltmuster, in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 9 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a, des Halbleiter-Schaltelements 2b, des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 9 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das die V1, die V0 und die V2 angibt. In der Wellenformgruppe (a), die in 9 veranschaulicht ist, ist der Schaltzyklus T1 des Ablaufdiagramms, der in der Wellenformgruppe (a) veranschaulicht ist, die in 6 veranschaulicht ist, auf einen Schaltzyklus T2 reduziert. Jede von Frequenzen der Dreieckswelle TW3 und der Dreieckswelle TW4, die von dem Dreieckswelle-Generator 602 erzeugt wird, wird durch die Steuereinrichtung 6 in einem Zustand erhöht, wo die Frequenzen höher sind als eine Frequenz bei einem normalen Betrieb, wodurch der Schaltzyklus T1 auf den Schaltzyklus T2 reduziert wird, und jeder des Schaltzyklus des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d erhöht wird. Wie in der Wellenformgruppe (b) angegeben, die in 9 veranschaulicht ist, wird darüber hinaus in einem Fall, wo jeder von Spannungswerten repräsentiert ist als V2 > V0 > V1 = Vbat, die ähnlich zu den Spannungswerten sind, die in der Wellenformgruppe (b) angegeben sind, die in 6 veranschaulicht ist, in einem Zustand, wo eine Spannung an beiden Seiten der Hochspannungsbatterie 51 die Vbat ist, und t = 0, wenn die Sanftanlaufsteuerung gestartet wird, und das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 angeschaltet werden, ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 → S4 → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 wird verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise als V2 = V0 konvergiert. Danach, wenn das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 angeschaltet werden, wird ein elektrischer Strom durch eine Passage von C2 (C0) → S3 → L → Batterie (C1) durchgeleitet, und die V2 und die V0 werden auch verringert, und jeder von Spannungswerten wird schrittweise als V2 = V0 = V1 = Vbat konvergiert.
Wenn die Spannung an beiden Enden VL der Drosselspule 1, die Induktivität L und das Tastverhältnis D als konstante Werte in der Formel (1) gesetzt sind, wird in diesem Fall eine Schaltfrequenz jedes des Halbleiter-Schaltelements 2a und des Halbleiter-Schaltelements 2d erhöht, wodurch der elektrische Strom IL der Drosselspule 1 reduziert werden kann. Wenn der elektrische Strom IL der Drosselspule 1 in Übereinstimmung mit einem Stromschwellenwert der Komponenten des DC/DC-Wandlers 50 fixiert wird, kann deshalb das Tastverhältnis D erhöht werden. Eine Steigung, in der das Tastverhältnis D von 0 zu 1 variiert wird, kann mit anderen Worten erhöht werden, so dass die Sanftanlaufzeit Tsoft1 reduziert werden kann, und jeder der Spannungswerte früher einheitlich gemacht werden kann. Obwohl die Schaltfrequenz erhöht wird, als ein Beispiel, bezüglich des Schaltmusters, das in 6 angegeben wird, selbst wenn die Schaltfrequenz auf die Schaltmuster angewendet wird, die in 3 bis 5, 7 und 8 angegeben sind, ist es außerdem in diesem Fall selbstverständlich, dass die Sanftanlaufzeit reduziert werden kann, und jeder der Spannungswerte früher einheitlich gemacht werden kann.
Wie oben beschrieben, wird in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt, in der wenigstens eines der Halbleiter-Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schaltmuster variiert wird, und das Halbleiter-Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht während des Zeitraums durchgeführt wird, ist/wird ausgeschaltet, wodurch die Spannung an beiden Enden von jedem der Kondensatoren sicher einheitlich gemacht werden kann in einem Zustand, wo ein Spannungssensor nicht verwendet wird, während/indem ein Überstrom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, verhindert wird. Darüber hinaus wird der Überstrom verhindert, wodurch jede der Ausgestaltungskomponenten verkleinert werden kann, und eine Größe und Kosten der gesamten Vorrichtung reduziert werden können. Darüber hinaus wird eine Phasendifferenz der Gate-Signale zwischen zwei Halbleiter-Schaltelementen, in denen die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, als 180° gesetzt, wodurch die Sanftanlaufzeit reduziert werden kann. Darüber hinaus wird die Schaltfrequenz jedes der Halbleiter-Schaltelemente erhöht, wodurch die Sanftanlaufzeit mehr reduziert werden kann. Die Spannung an beiden Enden von jedem der Kondensatoren kann mit andern Worten früher einheitlich gemacht werden.
Obwohl das Blockdiagramm der Steuereinrichtung 6 in 2 veranschaulicht ist, ist außerdem die vorliegende Erfindung nicht durch ein Gatter-Signal-Erzeugungsverfahren gemäß dem Blockdiagramm beschränkt, und ein Beispiel wird beschrieben, und wenn die Steuereinrichtung 6 eine Ausgestaltung hat, in der wenigstens eines der Halbleiter-Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Halbleiter-Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht während des Zeitraums durchgeführt wird, ausgeschaltet werden kann, kann die andere Ausgestaltung verwendet werden. Beispielsweise hat jedes der Tastverhältnisse, die durch den Dienst-Generator 601 erzeugt werden, der die Steuereinrichtung 6 zusammensetzt, nicht eine lineare Wellenform, die linear von 0 bis 1 variiert wird, und beispielsweise kann eine Integralwellenform verwendet werden, die in Übereinstimmung mit konstanten Werten eines Kondensators und eines Widerstands bestimmt wird.
Darüber hinaus kann ein Verfahren, das in 7 angegeben ist, durch welches die Phasendifferenz der Gate-Signale von zwei Schaltelementen, in denen die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, als 180° gesetzt wird, auf das in 5 angegebene Schaltmuster angewendet werden.
Ausführungsform 2
Hier wird im Nachfolgenden ein DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
10 ist ein Schaltkreisdiagramm des DC/DC-Wandlers zum Erläutern von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. In 10 sind ein Spannungssensor 7 zum Erfassen einer hochspannungsseitigen Spannung V2, ein Spannungssensor 8 zum Erfassen einer Mittelspannung V0 und ein Spannungssensor 9 zum Erfassen einer niedrigspannungsseitigen Spannung V1 zu dem Schaltungsdiagramm gemäß Ausführungsform 1, die in 1 veranschaulicht ist, hinzugefügt. Das Schaltungsdiagramm gemäß Ausführungsform 2 ist mit Ausnahme der hinzugefügten Spannungssensoren ähnlich zu dem Schaltungsdiagramm gemäß Ausführungsform 1, so dass eine Erläuterung bezüglich des Schaltungsdiagramms weggelassen wird.
Eine Ausgestaltung einer Steuereinrichtung 6 ist ähnlich zu einer Ausgestaltung der Steuereinrichtung 6 gemäß Ausführungsform 1, die in 2 veranschaulicht ist. Dort ist ein erläutertes Beispiel, in dem die Steuereinrichtung 6 ein Schaltmuster ausgibt, in dem ein erster Schaltzyklus und ein zweiter Schaltzyklus, die in einer Wellenformgruppe (a) angegeben sind, die in 8 veranschaulicht ist, bereitgestellt werden, durch einen Dienst-Generator 601 und einen Dreieckswelle-Generator 602. Die Steuereinrichtung 6 berechnet jeweils ein Tastverhältnis D1 eines Halbleiter-Schaltelements 2a und ein Tastverhältnis D3 eines Halbleiter-Schaltelements 2c, bei einem ersten Sanftanlauf-Zeitraum, in Übereinstimmung mit einer Induktivität einer Drosselspule 1, einem Nennstrom-Schwellenwert einer Komponente, deren Nennstrom der kleinste ist, einer Differenz zwischen einer Erfassungsspannung V1_sen, die durch den Spannungssensor 9 erfasst wird, und einer Erfassungsspannung V0_sen, die durch den Spannungssensor 8 erfasst wird, und dem Schaltzyklus, und die Steuereinrichtung 6 berechnet jeweils das Tastverhältnis D3 des Halbleiter-Schaltelements 2c und ein Tastverhältnis D4 eines Halbleiter-Schaltelements 2d, bei einem zweiten Sanftanlauf-Zeitraum, in Übereinstimmung mit der Induktivität der Drosselspule 1, dem Nennstrom-Schwellenwert der Komponente, deren Nennstrom der kleinste ist, einer Differenz zwischen einer Erfassungsspannung V2_sen, die durch den Spannungssensor 7 erfasst wird, und der Erfassungsspannung V1_sen, die durch den Spannungssensor 9 erfasst wird, und dem Schaltzyklus.
11 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Sanftanlaufsteuerung in dem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Eine Wellenformgruppe (a), die in 11 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das ein Schaltmuster jedes eines Halbleiter-Schaltelements 2a, eines Halbleiter-Schaltelements 2b, eines Halbleiter-Schaltelements 2c und eines Halbleiter-Schaltelements 2d angibt, und eine Wellenformgruppe (b), die in 11 veranschaulicht ist, ist ein Ablaufdiagramm, das eine V1, eine V0 und eine V2 angibt. Obwohl die Wellenformgruppe (a) und die Wellenformgruppe (b), die in 11 veranschaulicht sind, ähnlich zu der Wellenformgruppe (a) und der Wellenformgruppe (b) sind, die in 8 veranschaulicht sind, gemäß Ausführungsform 1, wie oben beschrieben, werden die Tastverhältnisse der Halbleiter-Schaltelemente jeweils derart berechnet, dass die Tastverhältnisse als ein Wert gesetzt werden, der nicht einen Nennstrom-Schwellenwert überschreitet und direkt zu dem Schwellenwert geschlossen wird, so dass Sanftanlaufzeit Tsoft1 und Sanftanlaufzeit Tsoft2 im Vergleich mit der Sanftanlaufzeit Tsoft1 und der Sanftanlaufzeit Tsoft2, die in 8 angegeben sind, reduziert werden können. Jeder der Spannungswerte kann mit anderen Worten früher einheitlich gemacht werden.
Obwohl ein Beispiel einer Anwendung angegeben wird, als ein Beispiel, bezüglich des Schaltmusters, das in 8 angegeben ist, ist es außerdem in diesem Fall selbstverständlich, auch wenn das Beispiel der Anwendung auf die Schaltmuster angewendet wird, die in 3 bis 6 angegeben sind, dass jeder der Spannungswerte früher einheitlich gemacht werden kann.
Wie in 9 angegeben, wird darüber hinaus eine Schaltfrequenz eines Halbleiter-Schaltelements erhöht während wenigstens eines des ersten Sanftanlauf-Zeitraums und des zweiten Sanftanlauf-Zeitraums, wodurch wenigstens eine der Sanftanlaufzeit Tsoft1 und der Sanftanlaufzeit Tsoft2 reduziert werden kann. Jeder der Spannungswerte kann mit anderen Worten früher einheitlich gemacht werden. Darüber hinaus kann die Schaltfrequenz bezüglich der Schaltmuster, die in 3 bis 6 angegeben sind, erhöht werden, und die Sanftanlaufzeit kann reduziert werden.
Obwohl der Steuerung-Aus-Zeitraum bereitgestellt wird zwischen dem ersten Anlaufzeitraum und dem zweiten Sanftanlauf-Zeitraum, ist es außerdem geeignet, dass der Steuerung-Aus-Zeitraum nicht bereitgestellt wird, und jedes von dem Tastverhältnis D1 bis Tastverhältnis D4 bei einem Steuerung-Timing variiert wird, gerade nachdem der erste Anlaufzeitraum terminiert wird.
Wie oben beschrieben, sind in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 2 der Spannungssensor 9, der die Spannung an beiden Enden V1 eines niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 misst, der Spannungssensor 7, der die Spannung an beiden Enden V2 eines hochspannungsseitigen Kondensators 4 misst, und der Spannungssensor 8, der die Spannung an beiden Enden V0 eines Lade-Entlade-Kondensators 5 misst, ferner zu dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 hinzugefügt, und die Sanftanlaufsteuerung, in der wenigstens eines der Halbleiter-Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% in Übereinstimmung mit einem Schaltmuster variiert wird, das bestimmt wird auf Grundlage eines Erfassungswertes des Spannungssensors, wird durchgeführt, und das Halbleiter-Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht durchgeführt wird während des Zeitraums, wird ausgeschaltet, wodurch die Sanftanlaufzeit in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 2 bezüglich der Sanftanlaufzeit in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 reduziert werden kann. Jede der Spannungen kann mit anderen Worten früher einheitlich gemacht werden.
In dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 2, wenn die Sanftanlaufsteuerung, in der wenigstens eines der Halbleiter-Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schaltmuster, durchgeführt wird, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, wenn beispielsweise die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird in Übereinstimmung mit dem Schaltmuster, das in 8 angegeben ist, die Spannungen einheitlich gemacht werden als V1 = V0 bei dem ersten Anlaufzeitraum, und beispielsweise ein Absolutwert |V1_sen – V0_sen| einer Potentialdifferenz eines Erfassungswertes von jedem der Spannungssensoren berechnet wird, als ein Ergebnis, wenn der Absolutwert einen vorbestimmten Spannungsschwellenwert überschreitet, wird es außerdem beurteilt, dass der Spannungssensor 8 oder der Spannungssensor 9 kaputt ist, und, wenn der Absolutwert niedriger als der vorbestimmte Spannungsschwellenwert ist, der Spannungssensor 8 und der Spannungssensor 9 normal sind, wodurch eine Störung des Spannungssensors 8 und des Spannungssensors 9 diagnostiziert werden kann. Darüber hinaus werden die Spannungen einheitlich gemacht als V1 = V2 bei dem zweiten Sanftanlauf-Zeitraum, und beispielsweise wird ein Absolutwert |V1_sen – V2_sen| eines Erfassungswertes von jedem der Spannungssensoren berechnet, wodurch eine Störung des Spannungssensors 7 und des Spannungssensors 9 ähnlich wie oben beschrieben diagnostiziert werden kann. Der in Ausführungsform 1 beschriebene Effekt kann mit anderen Worten realisiert werden, und eine Störung von jedem der Spannungssensoren kann diagnostiziert werden.
Ausführungsform 3
Hier wird im Nachfolgenden ein DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Eine Schaltungsausgestaltung gemäß Ausführungsform 3 ist ähnlich zu der Schaltungsausgestaltung gemäß Ausführungsform 2, die in 10 veranschaulicht ist, so dass eine Erläuterung bezüglich der Schaltungsausgestaltung weggelassen wird.
Eine Ausgestaltung einer Steuereinrichtung 6 ist ähnlich zu einer Ausgestaltung der Steuereinrichtung 6 gemäß Ausführungsform 1, die in 2 angegeben ist. Dort ist ein erläutertes Beispiel, in dem die Steuereinrichtung 6 ein Schaltmuster ausgibt, in dem ein erster Schaltzyklus und ein zweiter Schaltzyklus, die in einer Wellenformgruppe (a) angegeben sind, die in 8 veranschaulicht sind, bereitgestellt werden, durch einen Dienst-Generator 601 und einen Dreieckswelle-Generator 602.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation einer Steuereinrichtung veranschaulicht, die eine Sanftanlaufsteuerung in einem DC/DC-Wandler gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung durchführt. Ein Symbol "2a" bis ein Symbol "2d", die in dem Flussdiagramm angegeben sind, repräsentieren zusätzlich ein Halbleiter-Schaltelement 2a bis zu einem Halbleiter-Schaltelement 2d. Zuerst wird eine Bedingung A: |V1_sen – V0_sen| bei Schritt S101 berechnet, und es wird entschieden, dass ein Sanftanlauf des Halbleiter-Schaltelements 2a und des Halbleiter-Schaltelements 2c durchgeführt wird oder nicht durchgeführt wird. Wenn der Wert der Bedingung A ein Vth1 überschreitet, schreitet der Prozess zu Schritt S102 (der Sanftanlauf wird durchgeführt), und wenn der Wert der Bedingung A niedriger als oder gleich zu dem Vth1 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S103 (der Sanftanlauf wird nicht durchgeführt). In diesem Fall repräsentiert ein Symbol "V1_sen" eine Erfassungsspannung, die durch einen Spannungssensor 9 erfasst wird, und ein Symbol "V0_sen" repräsentiert eine Erfassungsspannung, die durch einen Spannungssensor 8 erfasst wird, und ein Symbol "Vth1" repräsentiert einen Spannungsschwellenwert 1. Es ist geeignet, dass der Vth1 zuvor bestimmt wird durch Verwendung einer Simulation oder dergleichen derart, dass, wenn ein Tastverhältnis D1 und ein Tastverhältnis D3 100% sind, eine Komponente, in der ein elektrischer Nennstrom der kleinste ist, nicht zerstört wird, und ein elektrischer Strom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, geringer als der elektrische Nennstrom der Komponente ist. Die Sanftanlaufsteuerung des Halbleiter-Schaltelements 2a und des Halbleiter-Schaltelements 2c wird bei Schritt S102 durchgeführt, und das Halbleiter-Schaltelement 2b und das Halbleiter-Schaltelement 2d werden ausgeschaltet (Bedingung B). Außerdem ist das Schaltmuster gemäß Ausführungsform 3 ähnlich zu dem Schaltmuster, das in der Wellenformgruppe (a) angegeben ist, die in 8 veranschaulicht ist, das in Ausführungsform 1 angegeben ist. Die Sanftanlaufsteuerung wird nicht bei Schritt S103 durchgeführt, und das Tastverhältnis D1 und ein Tastverhältnis D3, die durch den Dienst-Generator 601 erzeugt werden, werden konstant als 1 gesetzt, wodurch das Gate-Signal G1 und das Gate-Signal G3 konstant als ein H-Pegel gesetzt werden, und das Halbleiter-Schaltelement 2a und das Halbleiter-Schaltelement 2c konstant angeschaltet sind (Bedingung C). Das Halbleiter-Schaltelement 2b und das Halbleiter-Schaltelement 2d sind konstant ausgeschaltet (Bedingung C), die ähnlich bei Schritt S102 ausgeschaltet sind/werden. Eine Bedingung D: |V1_sen – V0_sen| wird einmal erneut bei Schritt S104 berechnet, und wenn die Bedingung D niedriger als ein Vth2 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S105, und wenn die Bedingung D den Vth2 überschreitet, wird der Prozess bei Schritt S104 wiederholt. In diesem Fall repräsentiert die Bedingung D eine Bedingungsformel, durch die es bestätigt wird, zu welchem Ausmaß die V1_sen und die V0_sen einheitlich gemacht werden. Der Vth2 repräsentiert einen Spannungsschwellenwert 2, und der Vth2 kann in Übereinstimmung mit Fehlern des Spannungssensors 8 und des Spannungssensors 9 bestimmt werden. Das Halbleiter-Schaltelement 2a, das Halbleiter-Schaltelement 2b, das Halbleiter-Schaltelement 2c und das Halbleiter-Schaltelement 2d werden temporär abgeschaltet, beispielsweise während 10 Millisekunden bei Schritt 105 (Bedingung E). Eine Bedingung |V1_sen – V2_sen| wird bei Schritt S106 berechnet, und es wird entschieden, dass die Sanftanlaufsteuerung des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d durchgeführt wird oder nicht durchgeführt wird (Bedingung F). Wenn der Wert der Bedingung einen Vth3 überschreitet, schreitet der Prozess zu Schritt S107 (die Sanftanlaufsteuerung wird durchgeführt), und wenn der Wert der Bedingung niedriger als oder gleich zu dem Vth3 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S108 (die Sanftanlaufsteuerung wird nicht durchgeführt). In diesem Fall repräsentiert ein Symbol "V1_sen" eine Erfassungsspannung, die durch den Spannungssensor 9 erfasst wird, und ein Symbol "V2_sen" repräsentiert eine Erfassungsspannung, die durch den Spannungssensor 7 erfasst wird, und ein Symbol "Vth3" repräsentiert einen Spannungsschwellenwert 3. Es ist geeignet, dass der Vth3 zuvor bestimmt wird durch Verwendung einer Simulation oder dergleichen derart, dass, wenn ein Tastverhältnis D3 und ein Tastverhältnis D4 100% sind, eine Komponente, in der ein elektrischer Nennstrom der kleinste ist, nicht zerstört wird, und ein elektrischer Strom, der zwischen den Kondensatoren durchgeleitet wird, niedriger als der elektrische Nennstrom der Komponente ist. Die Sanftanlaufsteuerung des Halbleiter-Schaltelements 2c und des Halbleiter-Schaltelements 2d wird bei Schritt S107 durchgeführt, und das Halbleiter-Schaltelement 2a und das Halbleiter-Schaltelement 2b sind/werden ausgeschaltet (Bedingung G). Außerdem ist das Schaltmuster gemäß Ausführungsform 3 ähnlich zu dem Schaltmuster, das in der Wellenformgruppe (a) angegeben ist, die in 8 veranschaulicht ist, das in Ausführungsform 1 angegeben ist. Die Sanftanlaufsteuerung wird nicht bei Schritt S108 durchgeführt, und das Tastverhältnis D3 und ein Tastverhältnis D4, die durch den Dienst-Generator 601 erzeugt werden, werden konstant als 1 gesetzt, wodurch das Gate-Signal G3 und das Gate-Signal G4 konstant als ein H-Pegel gesetzt werden, und das Halbleiter-Schaltelement 2c und das Halbleiter-Schaltelement 2d konstant ausgeschaltet werden (Bedingung H). Das Halbleiter-Schaltelement 2a und das Halbleiter-Schaltelement 2b werden konstant ausgeschaltet (Bedingung H), die ähnlich bei Schritt S107 ausgeschaltet werden. Eine Bedingung I: |V1_sen – V2_sen| wird einmal erneut bei Schritt S109 berechnet, und wenn die Bedingung I geringer als ein Vth4 ist, wird der sequenzielle Prozess terminiert, und wenn die Bedingung I den Vth4 überschreitet, wird der Prozess bei Schritt S109 wiederholt. In diesem Fall ist die Bedingung I eine Bedingungsformel, durch die es bestätigt wird, zu welchem Ausmaß die V1_sen und die V2_sen einheitlich gemacht werden. Der Vth4 repräsentiert einen Spannungsschwellenwert 4, und der Vth4 kann in Übereinstimmung mit Fehlern des Spannungssensors 7 und des Spannungssensors 9 bestimmt werden. Obwohl die Bedingung E (Schritt S105), die ein Steuerung-Aus-Zeitraum ist, bereitgestellt wird zwischen der Bedingung D (Schritt S104) und der Bedingung F (S106), ist es in diesem Fall geeignet, dass die Bedingung E nicht bereitgestellt wird, und der Prozess zu der Bedingung F (Schritt S106) schreitet, nachdem der Prozess zu der Bedingung D (Schritt S104) schreitet.
Wenn die Sanftanlaufsteuerung in Übereinstimmung mit 12 durchgeführt wird, ist außerdem eine Variation jeder der Spannung V1, der Spannung V0 und der Spannung V2 als V2 > V1 = Vbat > V0 repräsentiert in einem Zustand, wo t = 0, und wenn die Bedingung A und die Bedingung F etabliert sind, ist die Variation ähnlich zu der Variation der Wellenformgruppe (b), die in 8 veranschaulicht ist. Wenn die Bedingung A nicht etabliert ist, werden die Spannung V1 und die Spannung V0 sofort einheitlich gemacht, und wenn die Bedingung F nicht etabliert ist, werden die Spannung V1 und die Spannung V2 sofort einheitlich gemacht. In dem DC/DC-Wandler 50, der in Ausführungsform 3 angegeben ist, wenn eine Differenz eines Erfassungswertes von jedem der Spannungssensoren klein ist bei der Bedingung A und Bedingung F im Vergleich mit dem DC/DC-Wandler 50, der in Ausführungsform 1 angegeben ist, kann deshalb die Sanftanlaufzeit reduziert werden.
Wenn die Bedingung D etabliert ist, wird es darüber hinaus beurteilt, dass der Spannungssensor 8 und der Spannungssensor 9 normal sind, und wenn die Bedingung D nicht etabliert ist, nachdem manche Wiederholungszählungen passiert sind, wird es beurteilt, dass der Spannungssensor 8 oder der Spannungssensor 9 kaputt ist, wodurch eine Störung des Spannungssensors 8 und des Spannungssensors 9 diagnostiziert werden kann. Wenn die Bedingung I etabliert ist, wird es darüber hinaus beurteilt, dass der Spannungssensor 7 und der Spannungssensor 9 normal sind, und wenn die Bedingung I nicht etabliert ist, nachdem manche Wiederholungszählungen passiert sind, wird es beurteilt, dass der Spannungssensor 7 oder der Spannungssensor 9 kaputt ist, wodurch eine Störung des Spannungssensors 7 oder des Spannungssensors 9 diagnostiziert werden kann.
Obwohl das Flussdiagramm in 12 in einem Fall angegeben ist, wo das Schaltmuster, das in der Wellenformgruppe (a) angegeben ist, die in 8 veranschaulicht ist, erhalten wird, ist es, selbst wenn die Schaltmuster, die in der in 3 veranschaulichten Wellenformgruppe (a) bis zu der in 7 veranschaulichten Wellenformgruppe (a) angegeben sind, angewendet werden, selbstverständlich, dass die Sanftanlaufzeit reduziert werden kann, wenn eine Differenz eines Erfassungswertes von jedem der Spannungssensoren klein ist, und eine Störung von jedem der Spannungssensoren diagnostiziert werden kann.
Wie in 9 angegeben, wird darüber hinaus eine Schaltfrequenz des Halbleiter-Schaltelements erhöht, wodurch die Sanftanlaufzeit reduziert werden kann. Jeder der Spannungswerte kann mit anderen Worten früher einheitlich gemacht werden.
Wie oben beschrieben, sind in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 3 der Spannungssensor, der die Spannung an beiden Enden eines niedrigspannungsseitigen Kondensators 3 misst, der Spannungssensor, der die Spannung an beiden Enden eines hochspannungsseitigen Kondensators 4 misst, und der Spannungssensor, der die Spannung an beiden Enden V0 eines Lade-Entlade-Kondensators 5 misst, ferner zu dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 hinzugefügt, und es wird in Übereinstimmung mit einem Erfassungswert von jedem der Sensoren entschieden, dass die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird oder die Sanftanlaufsteuerung nicht durchgeführt wird, wodurch die Sanftanlaufzeit in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 3 bezüglich der Sanftanlaufzeit in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 1 reduziert werden kann. Jede der Spannungen kann mit anderen Worten früher vereinheitlich bzw. einheitlich gemacht werden. Darüber hinaus werden die Erfassungswerte von jedem der Spannungssensoren verglichen, wodurch eine Störung jedes der Spannungssensoren diagnostiziert werden kann.
Der DC/DC-Wandler 50, in dem es in Übereinstimmung mit dem Erfassungswert von jedem der Sensoren entschieden wird, der in Ausführungsform 3 angegeben ist, dass die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird oder nicht durchgeführt wird, kann außerdem in Übereinstimmung mit einem Schaltmuster betrieben werden, das auf Grundlage des Erfassungswertes von jedem der Sensoren entschieden wird, was in Ausführungsform 2 angegeben wird. In diesem Fall kann eine Zeit, die bei Schritt S102 (Bedingung B) und Schritt S107 (Bedingung G), die in 12 angegeben sind, erforderlich ist, reduziert werden, so dass die Sanftanlaufzeit, die in dem DC/DC-Wandler 50 gemäß Ausführungsform 3 erforderlich ist, weiter reduziert werden kann.
Darüber hinaus wird in dem DC/DC-Wandler 50, der in 10 veranschaulicht ist, eine Information des Spannungssensors, die/der in Ausführungsform 1 veranschaulicht ist, nicht verwendet, und die Sanftanlaufsteuerung kann in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schaltmuster durchgeführt werden. In diesem Fall kann jeder der Spannungswerte sicher einheitlich gemacht werden, und darüber hinaus kann eine Störung jedes der Spannungssensoren diagnostiziert werden.
Obwohl das Beispiel, in dem jedes von dem Halbleiter-Schaltelement 2a bis Halbleiter-Schaltelement 2d aus einem IGBT und einer Diode zusammengesetzt ist, erläutert wird, kann darüber hinaus in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ein MOSFET, JFET oder dergleichen anstelle eines IGBT verwendet werden. Wenn ein MOSFET verwendet wird, kann eine Body-Diode eines MOSFET anstelle einer Diode verwendet werden. Darüber hinaus kann jedes von dem Halbleiter-Schaltelement 2a bis Halbleiter-Schaltelement 2d aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand zusammengesetzt sein, dessen Bandabstand größer als ein Bandabstand von Silizium ist, beispielsweise so wie Siliziumkarbid (Sic), ein Material einer Galliumnitrid-Familie oder ein Diamant.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung alle möglichen Kombinationen der Ausführungsformen enthält, und es in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung möglich ist, dass jede der Ausführungsformen frei kombiniert wird, oder jede der Ausführungsformen geeignet modifiziert oder weggelassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5457559 [0003]
JP 3501226 [0003]

Claims

DC/DC-Wandler mit: einer Vielzahl von Schaltelementen (2a–2d); einer Drosselspule (L); einem niedrigspannungsseitigen Kondensator (3); einem hochspannungsseitigen Kondensator (4); einem Lade-Entlade-Kondensator (5); und einer Steuereinrichtung (6), die die Schaltelemente (2a–2d) treibt und steuert; in dem die Vielzahl von Schaltelementen (2a–2d) enthalten ein erstes Schaltelement (2a), in dem ein erster Anschluss mit einem negativen Pol des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) verbunden ist; ein zweites Schaltelement (2b), in dem ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements (2a) verbunden ist, und ein zweiter Anschluss mit einem positiven Pol des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) via die Drosselspule (L) verbunden ist; ein drittes Schaltelement (2c), in dem ein erster Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements (2b) verbunden ist; und ein viertes Schaltelement (2d), in dem ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss des dritten Schaltelements (2c) verbunden ist, und ein zweiter Anschluss mit einem positiven Pol des hochspannungsseitigen Kondensators (4) verbunden ist; und in dem der Lade-Entlade-Kondensator (5) zwischen einem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (2a) und des zweiten Schaltelements (2c) und einem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements (2c) und des vierten Schaltelements (2d) angeschlossen ist; wobei die Steuereinrichtung (6) eine Sanftanlaufsteuerung durchführt, in der ein Tastverhältnis von wenigstens einem der Schaltelemente schrittweise von 0% bis 100% variiert wird, und das Schaltelement, in dem die Sanftanlaufsteuerung nicht während eines Zeitraums der Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, ausgeschaltet wird, wobei eine Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) zu einer Spannung an beiden Enden des Lade-Entlade-Kondensators (5) einheitlich gemacht wird, oder die Spannung an beiden Enden des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) zu einer Spannung an beiden Enden des hochspannungsseitigen Kondensators (4) einheitlich gemacht wird.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des ersten Schaltelements (2a) durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des dritten Schaltelements (2c) durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des erstens Schaltelements (2a) und des dritten Schaltelements (2c) durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des dritten Schaltelements (2c) und des vierten Schaltelements (2d) durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des dritten Schaltelements (2c) und des vierten Schaltelements (2d) durchführt, nachdem die erste Sanftanlaufsteuerung terminiert wird.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinrichtung (6) eine Phasendifferenz von Gate-Signalen von zwei Schaltelementen, in denen die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird, als 180° setzt.
DC/DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des Schaltelements in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schaltmuster durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein erster Spannungssensor (9), der eine Spannung an beiden Enden V1 des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) misst, ein zweiter Spannungssensor (7), der eine Spannung an beiden Enden V2 des hochspannungsseitigen Kondensators (4) misst, und ein dritter Spannungssensor (8), der eine Spannung an beiden Enden V0 des Lade-Entlade-Kondensators (5) misst, bereitgestellt sind, und die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des Schaltelements in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schaltmuster durchführt.
DC/DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein erster Spannungssensor (9), der eine Spannung an beiden Enden V1 des niedrigspannungsseitigen Kondensators (3) misst, ein zweiter Spannungssensor (7), der eine Spannung an beiden Enden V2 des hochspannungsseitigen Kondensators (4) misst, und ein dritter Spannungssensor (8), der eine Spannung an beiden Enden V0 des Lade-Entlade-Kondensators (5) misst, bereitgestellt sind, und die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung des Schaltelements in Übereinstimmung mit einem Schaltmuster durchführt, das auf Grundlage von Erfassungswerten der Spannungssensoren bestimmt wird.
DC/DC-Wandler gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuereinrichtung (6) auf Grundlage von Erfassungswerten der Spannungssensoren bestimmt, ob die Sanftanlaufsteuerung durchgeführt wird oder nicht durchgeführt wird.
DC/DC-Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuereinrichtung (6) die Sanftanlaufsteuerung in einem Zustand durchführt, wo eine Frequenz höher als eine Frequenz bei einem normalen Betrieb ist.