JP2007325435A - 電源装置およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】出力電圧が予期せずに電圧指令より高くなるのを抑制する。
【解決手段】スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後にスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２を共にオフとするデッドタイム中にコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）が値０で停滞する現象がスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態に至ったと判定して平滑コンデンサ４２側の電圧指令を所定電圧だけ下方修正する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態のときに予期せずに平滑コンデンサ４２側の電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができ、平滑コンデンサ４２が過剰電圧によって破損したりモータＭＧ１，ＭＧ２から過剰なトルクが出力されるのを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置およびその制御方法に関し、詳しくは、電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置およびその制御方法に関する。
従来、この種の電源装置としては、二つのトランジスタとリアクトルからなるコンバータにより直流電源からの電力を昇圧して電気機器に供給する際に、電気機器に供給する電圧指令が直流電源の電圧に近いときには、コンバータの二つのトランジスタのうちの上アームのオンデューティーを１．０にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、電気機器に供給する電圧指令が直流電源の電圧に近いときに上アームのオンデューティーを１．０とすることにより、二つのトランジスタが同時にオンとなることを防止するためのデッドタイムを確保する必要から上アームのオンデューティーを確保することができないことにより生じる出力電圧の振動を抑制している。
特開２００５−５１８９５号公報
上述の電源装置のように直流電源の電圧をコンバータにより昇圧して電気機器などに供給する装置では、直流電源からの電流の向きが変化するときに、僅かな時間ではあるが、昇圧側の出力電圧が電圧指令に比して高くなったり低くなったりする場合が生じる。出力電圧が電圧指令より低くなる場合には、若干の電気機器の出力不足を生じる程度なので問題は少ないが、出力電圧が電圧指令より高くなる場合には、昇圧側の平滑コンデンサを破損させる恐れが生じると共に電気機器の出力過多を招いてしまう。
本発明の電源装置およびその制御方法は、出力電圧が予期せずに電圧指令より高くなるのを抑制することを目的の一つとする。また、本発明の電源装置およびその制御方法は、平滑コンデンサなどの平滑用電子機器の破損を抑制することを目的の一つとする。さらに、本発明の電源装置およびその制御方法は、電源装置と電力のやりとりを行なう電気機器の出力過多を抑制することを目的の一つとする。
本発明の電源装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置であって、
直流電源と、
前記直流電源からみて前記電気機器と直列接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、
前記リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出するゼロ電流停滞状態検出手段と、
前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と前記ゼロ電流停滞状態検出手段により検出される周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の電源装置では、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態がスイッチング素子をオンオフする所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出し、電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と検出した周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて昇圧コンバータを制御する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態に対処することができ、周期的ゼロ電流停滞状態により昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。この結果、出力電圧が電圧指令より高くなることによって生じ得る電圧平滑手段の破損を抑制することができると共に電気機器の出力過多を抑制することができる。ここで、電気機器は、電源装置と電力のやりとりが可能であれば如何なる機器であってもよい。また、電圧平滑手段は、例えば平滑コンデンサなどを用いることができる。
こうした本発明の電源装置において、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記直流電源の電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段と前記第２のスイッチング素子の端子間電圧である第２スイッチ電圧を検出する第２スイッチ電圧検出手段とを有し、前記検出された電源電圧と前記検出された第２スイッチ電圧との差が所定電圧以下となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。また、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記電圧平滑手段の端子間電圧である平滑端子間電圧を検出する平滑端子間電圧検出手段と前記第２のスイッチング素子の端子間電圧である第２スイッチ電圧を検出する第２スイッチ電圧検出手段とを有し、前記所定の周期で前記検出された平滑端子間電圧と前記検出された第２スイッチ電圧との差が第１の所定電圧以上となり且つ前記検出された第２スイッチ電圧が第２の所定電圧以上となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。さらに、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記リアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段を有し、前記所定の周期で前記検出されたリアクトル電流が値０となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。これらの場合、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記ゼロ電流停滞状態が複数回に亘って生じたときに前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より確実に周期的ゼロ電流停滞状態を検出することができ、誤検出を抑制することができる。
また、本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されていないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときに昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。
この周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには補正後電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御する態様の本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記リアクトル電流の極性変化の方向を判定すると共に該判定した極性変化の方向に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。更にこの場合、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の作動状態に基づいて極性変化の方向を判定する手段であるものとすることもでき、更に、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアクトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定し、前記第２のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアクトル電流が前記直流電源を充電する電流から放電する電流に極性変化したと判定する手段であるものとすることもできる。これらの場合、前記制御手段は、前記リアクトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記リアクトル電流が前記直流電源を充電する電流から放電する電流に極性変化したと判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態が検出されているにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、リアクトル電流が前記直流電源を充電する電流から放電する電流に極性変化したときに昇圧側の出力電力が過剰に低下するのを抑制することができる。
本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出された特定ゼロ電流停滞状態のときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記特定ゼロ電流停滞状態ではないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、特定ゼロ電流停滞状態のときに昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。
本発明の電源装置の制御方法は、
直流電源と、前記直流電源からみて電力のやりとりを行なう電気機器と直列接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、を備える電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定し、
（ｂ）周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する、
ことを要旨とする。
この本発明の電源装置の制御方法では、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態がスイッチング素子をオンオフする所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定し、周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには電力のやりとりを行なう電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御し、周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態に対処することができ、周期的ゼロ電流停滞状態により昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。この結果、出力電圧が電圧指令より高くなることによって生じ得る電圧平滑手段の破損を抑制することができると共に電気機器の出力過多を抑制することができる。ここで、電気機器は、電源装置と電力のやりとりが可能であれば如何なる機器であってもよい。また、電圧平滑手段は、例えば平滑コンデンサなどを用いることができる。
こうした本発明の電源装置の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記第２のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態にあるにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、第２のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中にゼロ電流停滞状態が生じたことによる周期的ゼロ電流停滞状態のときに昇圧側の出力電力が過剰に低下するのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、図示するように、インバータ１１，１２を介して電気機器としての二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されており、直流電源としてのバッテリ２２と、バッテリ２２の電圧を昇圧して二つのモータＭＧ１，ＭＧ２側に供給したりモータＭＧ１，ＭＧ２側の電圧を降圧してバッテリ２２側に供給したりする昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０の昇圧側（二つのモータＭＧ１，ＭＧ２側）に配置されて昇圧側の電圧を平滑する平滑コンデンサ４２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。
バッテリ２２は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池として構成されている。
昇圧コンバータ３０は、インバータ１１，１２の正極母線と負極母線に平滑コンデンサ４２と並列するよう直列に配置された二つのゲート式のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、各スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２に対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオードＤ１，Ｄ２と、二つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２の中間とバッテリ２２の正極側に取り付けられたコイル３２と、により構成された周知の昇圧コンバータである。以下の説明では、スイッチング素子Ｔｒ１のことを「上アーム」、スイッチング素子Ｔｒ２のことを「下アーム」と称することがある。
電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、バッテリ２２の出力端子間に取り付けられた電圧センサ２４からの電池電圧Ｖｂやスイッチング素子Ｔｒ２の端子間に取り付けられた電圧センサ３４からの下アーム電圧Ｖｏ，平滑コンデンサ４２の端子間に取り付けられた電圧センサ４４からのコンデンサ電圧Ｖｈなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、昇圧コンデンサ３０のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２へのスイッチング信号が出力ポートから出力されている。電子制御ユニット５０は、電源装置２０の制御ユニットとして機能するだけでなく、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御ユニットとしても機能する。このため、電子制御ユニット５０にはモータＭＧ１，ＭＧ２に取り付けられた回転位置センサ１３，１４からのロータの回転位置やインバータ１１，１２に取り付けられた図示しない電流センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット５０からはインバータ１１，１２へのスイッチング信号などが出力ポートを介して出力されている。
なお、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ１１，１２および昇圧コンバータ３０を介してバッテリ２２と電力のやりとりを行なう。
次に、こうして構成された電源装置２０の動作について説明する。電源装置２０の動作は、基本的には、バッテリ２２と二つのモータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力のやりとりを円滑に行なうためにコンデンサ電圧Ｖｈが電圧指令Ｖｈ＊となるよう昇圧コンバータ３０のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２をスイッチング制御することにより行なわれる。実施例の電源装置２０では、電圧指令Ｖｈ＊に対して図２に例示する電圧指令調整ルーチンを実行することにより、電圧指令Ｖｈ＊を修正している。即ち、電圧指令調整ルーチンでは、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態やトルク指令などに基づいて図示しない電圧指令設定ルーチンにより設定された電圧指令Ｖｈ＊と周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０とを入力し（ステップＳ１００）、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０を調べ（ステップＳ１１０）、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値０のときには電圧指令Ｖｈ＊を修正することなく終了し、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値１のときには設定された電圧指令Ｖｈ＊から所定電圧ΔＶを減じた値を修正後の電圧指令Ｖｈ＊として修正して（ステップＳ１２０）、終了する。ここで、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０は、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後にスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２を共にオフとするデッドタイム中にコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬが値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）がスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態にあるとして値１がセットされ、値１がセットされてから所定時間経過したときに値０がセットされる。この周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０のセットは、図３に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理により実行される。
周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理が実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、電圧センサ２４からの電池電圧Ｖｂや電圧センサ３４からの下アーム電圧Ｖｏを入力し（ステップＳ２００）、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０の値を調べる（ステップＳ２１０）。周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値０のときには、電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致するか否かを電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとの差の絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるか否かにより判定する（ステップＳ２２０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、センサによる検出誤差などを許容できる程度の小さな値として設定されている。電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致しないと判定されたときには周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１をセットすることなく、この処理を終了する。
一方、電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致すると判定されると、この電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとの一致が上アームをオンからオフしたときのデッドタイムに生じているか否かを判定し（ステップＳ２３０）、電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとの一致が上アームをオンからオフしたときのデッドタイムに生じていないときには周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１をセットすることなく、この処理を終了する。電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとの一致が上アームをオンからオフしたときのデッドタイムに生じているときにはカウンタＣを値１だけインクリメントし（ステップＳ２４０）、カウンタＣの値を閾値Ｃｒｅｆと比較する（ステップ２５０）。ここで、閾値Ｃｒｅｆは、電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとの一致が確実に生じていることやこれが上アームをオンからオフしたときのデッドタイムに生じていることをより確からしくするために用いられる閾値であり、値２，３，４などを用いることができる。カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上のときには周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１をセットして（ステップＳ２６０）、処理を終了し、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ未満のときには周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値０をセットすることなく、この処理を終了する。電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが複数回に亘って一致することにより、周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定することができる理由については後述する。
ステップＳ２１０で周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１がセットされていると判定したときには、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１がセットされてから所定時間経過したか否かを判定し（ステップＳ２７０）、所定時間経過したときにカウンタＣを値０にリセットすると共に（ステップＳ２８０）、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値０をセットして（ステップＳ２９０）、処理を終了する。
図４は、バッテリ２２から放電されるときを正としたときにコイル３２を流れるリアクトル電流ＩＬが正の値から値０を跨いで負の値になるときの理想的かつ模式的なリアクトル電流ＩＬの時間変化を示す説明図である。図中のリアクトル電流ＩＬの脈動は、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周期（キャリア周波数）によるものである。リアクトル電流ＩＬが正の値から負の値に変化するときには、リアクトル電流ＩＬは、図示するように、脈動中に負の値をとらない状態１、脈動中に僅かに負の値となる状態２、脈動中にデッドタイムで更に負の値となる状態３、脈動が正の値と負の値とが同程度となる状態４、脈動中の正の値が少なくなる状態５、脈動中に僅かに正の値となる状態６、脈動中に正の値をとらない状態７の順に変化する。状態１〜７の各状態における実際の上アーム（スイッチング素子Ｔｒ１），下アーム（スイッチング素子Ｔｒ２）、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を図５〜１１に例示する。
状態１では、図５に示すように、下アーム電圧Ｖｏは、上アーム（スイッチング素子Ｔｒ１）と下アーム（スイッチング素子Ｔｒ２）のスイッチングに応じてコンデンサ電圧Ｖｈと値０とを繰り返す。
状態２では、図６に示すように、リアクトル電流ＩＬは、上アーム（スイッチング素子Ｔｒ１）をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら負の値となるべきであるのにスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２が共にオフとなっていることから、負の電流を流すことができず、値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態は、キャリア周波数で周期的に生じる。ゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧Ｖｏは、リアクトル電流ＩＬが値０であることから電池電圧Ｖｂに一致することになる。図３の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理で電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが複数回に亘って一致することにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定することができるのは、こうした理由による。下アーム電圧Ｖｏは、デッドタイムがなければリアクトル電流ＩＬが負の値になるときに値０となるが、デッドタイムがあるためにゼロ電流停滞状態では電池電圧Ｖｂとなるため、平滑コンデンサ４２側は電圧指令Ｖｈ＊を超える電圧となってしまう。実施例では、平滑コンデンサ４２の過剰電圧となって破損するのを抑制したり、モータＭＧ１，ＭＧ２からの出力トルクが予期しない大きなものになるのを抑制するために電圧指令Ｖｈ＊を所定電圧ΔＶだけ下方修正するのである。ここで、所定電圧ΔＶは、キャリア周波数や電池電圧Ｖｂ，電圧指令Ｖｈ＊などによって実験などを用いて定めることができる。
状態３では、図７に示すように、リアクトル電流ＩＬは、上アーム（スイッチング素子Ｔｒ１）をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら正の値となるべきであるのにスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２が共にオフとなっていることから、正の電流を流すことができず、値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）が生じる。ゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧Ｖｏは、リアクトル電流ＩＬが値０であることから、本来値０となるところ電池電圧Ｖｂに一致することになり、平滑コンデンサ４２側は電圧指令Ｖｈ＊を超える電圧となってしまう。なお、実施例では、電圧指令Ｖｈ＊が所定電圧ΔＶだけ下方修正されるから、こうした平滑コンデンサ４２側の過剰電圧を抑制することができる。実施例では、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値１にセットされてから所定時間経過したときにカウンタＣが値０にリセットされる。このときの所定時間は、状態２や状態３を通過するのに必要な時間として設定すればよい。なお、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値１にセットされてから所定時間経過したときにカウンタＣが値０にリセットするのに代えて状態３を通過したときにカウンタＣを値０にリセットするものとしてもよい。
状態４では、図８に示すように、リアクトル電流ＩＬは、デッドタイム中に極性変化しない。このため、状態２や状態３で説明したような平滑コンデンサ４２側の過電圧は生じない。
状態５では、図９に示すように、下アーム（スイッチング素子Ｔｒ２）をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら負の値となるべきであるのにスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２が共にオフとなっていることから、負の電流を流すことができず、値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧Ｖｏは、リアクトル電流ＩＬが値０であることから電池電圧Ｖｂに一致することになり、平滑コンデンサ４２側は電圧指令Ｖｈ＊を下回る電圧となる。実施例では、平滑コンデンサ４２の電圧が電圧指令Ｖｈ＊より下回っても、その程度は小さいから、電圧指令Ｖｈ＊を修正することなく用いるものとした。状態２では平滑コンデンサ４２の電圧が電圧指令Ｖｈ＊を超えるのを抑制するために電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するが、状態５では平滑コンデンサ４２の電圧が電圧指令Ｖｈ＊を下回っても電圧指令Ｖｈ＊を上方修正しない。これは、平滑コンデンサ４２の電圧が電圧指令Ｖｈ＊を下回っても平滑コンデンサ４２の破損は生じないため、電圧指令Ｖｈ＊を上方修正する必要がないからである。また、電圧指令Ｖｈ＊を上方修正しないとモータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは若干の低下を生じるが、その程度が低いことと、こうした現象が短い時間であることから、電圧指令Ｖｈ＊を上方修正しなくても大きな問題は生じないからである。
状態６では、図１０に示すように、下アーム（スイッチング素子Ｔｒ２）をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら正の値となるべきであるのにスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２が共にオフとなっていることから、正の電流を流すことができず、値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧Ｖｏは、リアクトル電流ＩＬが値０であることから、本来コンデンサ電圧Ｖｈになるところ電池電圧Ｖｂに一致することになり、平滑コンデンサ４２側は電圧指令Ｖｈ＊を下回る電圧となってしまう。この場合でも、実施例では、状態５と同様に、平滑コンデンサ４２の破損は生じないから電圧指令Ｖｈ＊の上方修正は行なわれない。
状態７では、図１１に示すように、下アーム電圧Ｖｏは、上アーム（スイッチング素子Ｔｒ１）と下アーム（スイッチング素子Ｔｒ２）のスイッチングに応じてコンデンサ電圧Ｖｈと値０とを繰り返す。
以上の説明から、図３に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理では、状態２に至っているのを電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致した回数がカウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以上となることにより判定して周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１を設定し、状態２に至って周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０に値１を設定してから状態２と状態３とを通過するのに要する時間として予め設定した時間を経過したときに周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０を値０にリセットする。そして、図２に例示する電圧指令調整ルーチンでは、周期的ゼロ電流停滞フラグＦ０が値１のときには平滑コンデンサ４２の過剰電圧による破損やモータＭＧ１，ＭＧ２の出力過多を抑制するために電圧指令Ｖｈ＊を所定電圧ΔＶだけ下方修正するのである。
以上説明した実施例の電源装置２０によれば、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後にスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２を共にオフとするデッドタイム中にコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬが値０で停滞する現象（ゼロ電流停滞状態）がスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態に至ったと判定して電圧指令Ｖｈ＊を所定電圧ΔＶだけ下方修正するから、周期的ゼロ電流停滞状態のときに予期せずに平滑コンデンサ４２側の電圧が電圧指令Ｖｈ＊より高くなるのを抑制することができ、平滑コンデンサ４２が過剰電圧によって破損したりモータＭＧ１，ＭＧ２から過剰なトルクが出力されるのを抑制することができる。しかも、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定するから、電圧指令Ｖｈ＊を必要なときにだけ下方修正することができる。
実施例の電源装置２０では、複数回に亘って電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致するのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定したが、複数回に亘ってコンデンサ電圧Ｖｈと下アーム電圧Ｖｏとが一致せずに下アーム電圧Ｖｏが値０でないと判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定するものとしてもよい。この場合、図３の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理に代えて図１２の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を実行すればよい。即ち、コンデンサ電圧Ｖｈと下アーム電圧Ｖｏとの差の絶対値が正の値の閾値Ｖｒｅｆ１より大きいか否かの判定によりコンデンサ電圧Ｖｈと下アーム電圧Ｖｏとが一致しない判定を行ない（ステップＳ２２２）、下アーム電圧Ｖｏが正の値の閾値Ｖｒｅｆ２より大きいか否かの判定により（ステップＳ２２４）下アーム電圧Ｖｏが値０でないと判定を行なうものとすることができる。
実施例の電源装置２０では、複数回に亘って電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏとが一致するのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定したが、複数回に亘ってコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）が値０となるのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定するものとしてもよい。この場合、図１３の変形例の電源装置２０Ｂに例示するように、コイル３２に対して直列に電流センサ２６を取り付けてセンサ値を電子制御ユニット５０の図示しない入力ポートに入力するよう構成し、図３の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理に代えて図１４に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を実行すればよい。周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理では、電池電圧Ｖｂや下アーム電圧Ｖｏの入力に代えて電流センサ２６からのリアクトル電流ＩＬを入力し（ステップＳ２００Ｂ）、電池電圧Ｖｂと下アーム電圧Ｖｏの差と閾値Ｖｒｅｆとの比較に代えてリアクトル電流ＩＬが値０であるか否かの判定を行なう（ステップＳ２２０Ｂ）。ゼロ電流停滞状態は、リアクトル電流ＩＬが値０で停滞する状態であるから、直接リアクトル電流ＩＬを用いて判定することもできるからである。
実施例の電源装置２０では、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するものとしたが、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけでなく、スイッチング素子Ｔｒ２（下アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態により周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するものとしてもよい。この場合、スイッチング素子Ｔｒ２（下アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態のときの周期的ゼロ電流停滞状態では、不必要に電圧指令Ｖｈ＊が下方修正され、モータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクが若干低下するが、その程度が低いことと、こうした現象が短い時間であることから、大きな問題とはならない。
実施例の電源装置２０では、スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するものとしたが、スイッチング素子Ｔｒ２（下アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態により周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を上方修正するものとしてもよい。こうすれば、スイッチング素子Ｔｒ２（下アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態による周期的ゼロ電流停滞状態におけるモータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクの若干の低下を抑制することができる。
実施例の電源装置２０では、インバータ１１，１２を介して二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されるものとして説明したが、一つのモータに接続されるものとしてもよく、三つ以上のモータに接続されるものとしてもかまわない。また、接続先としては、モータや発電機に限定されるものではなく、電力消費する如何なる機器や電力を発電または回生する如何なる機器としてもかまわない。
実施例の電源装置２０では、ソフトウエアによりスイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態を判定すると共に周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するものとしたが、ハードウエアによりスイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態を判定すると共に周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令Ｖｈ＊を下方修正するものとしてもよい。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される電圧指令調整ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット５０により実行される周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理の一例を示すフローチャートである。 バッテリ２２から放電されるときを正としたときにコイル３２を流れるリアクトル電流ＩＬが正の値から値０を跨いで負の値になるときの理想的かつ模式的なリアクトル電流ＩＬの時間変化を示す説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中に負の値をとらない状態１における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中に僅かに負の値となる状態２における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中にデッドタイムで更に負の値となる状態３における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動が正の値と負の値とが同程度となる状態４における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中の正の値が少なくなる状態５における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中に僅かに正の値となる状態６における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 リアクトル電流ＩＬが脈動中に正の値をとらない状態７における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアクトル電流ＩＬ，下アーム電圧Ｖｏの変化の様子を例示する説明図である。 変形例の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を例示するフローチャートである。 変形例のの電源装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。 変形例の電源装置２０Ｂにおける周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
１１，１２ インバータ、１３，１４ 回転位置センサ、２０，２０Ｂ 電源装置、２２ バッテリ、２４ 電圧センサ、２６ 電流センサ、３０ 昇圧コンバータ、３２ コイル、３４ 電圧センサ、４２ 平滑コンデンサ、４４ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、Ｔｒ１，Ｔｒ２ スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (13)

  1. 電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置であって、
    直流電源と、
    前記直流電源からみて前記電気機器と直列接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、
    前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、
    前記リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出するゼロ電流停滞状態検出手段と、
    前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と前記ゼロ電流停滞状態検出手段により検出される周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、
    を備える電源装置。
  2. 前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記直流電源の電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段と前記第２のスイッチング素子の端子間電圧である第２スイッチ電圧を検出する第２スイッチ電圧検出手段とを有し、前記検出された電源電圧と前記検出された第２スイッチ電圧との差が所定電圧以下となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である請求項１記載の電源装置。
  3. 前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記電圧平滑手段の端子間電圧である平滑端子間電圧を検出する平滑端子間電圧検出手段と前記第２のスイッチング素子の端子間電圧である第２スイッチ電圧を検出する第２スイッチ電圧検出手段とを有し、前記所定の周期で前記検出された平滑端子間電圧と前記検出された第２スイッチ電圧との差が第１の所定電圧以上となり且つ前記検出された第２スイッチ電圧が第２の所定電圧以上となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である請求項１記載の電源装置。
  4. 前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記リアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段を有し、前記所定の周期で前記検出されたリアクトル電流が値０となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である請求項１記載の電源装置。
  5. 前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記ゼロ電流停滞状態が複数回に亘って生じたときに前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である請求項２ないし４いずれか記載の電源装置。
  6. 前記制御手段は、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されていないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である請求項１ないし５いずれか記載の電源装置。
  7. 前記制御手段は、前記リアクトル電流の極性変化の方向を判定すると共に該判定した極性変化の方向に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である請求項６記載の電源装置。
  8. 前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の作動状態に基づいて極性変化の方向を判定する手段である請求項７記載の電源装置。
  9. 前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアクトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定し、前記第２のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアクトル電流が前記直流電源を充電する電流から放電する電流に極性変化したと判定する手段である請求項８記載の電源装置。
  10. 前記制御手段は、前記リアクトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記リアクトル電流が前記直流電源を充電する電流から放電する電流に極性変化したと判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態が検出されているにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である請求項７ないし９いずれか記載の電源装置。
  11. 前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出された特定ゼロ電流停滞状態のときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記特定ゼロ電流停滞状態ではないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である請求項１ないし５いずれか記載の電源装置。
  12. 直流電源と、前記直流電源からみて電力のやりとりを行なう電気機器と直列接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、を備える電源装置の制御方法であって、
    （ａ）前記リアクトルに流れる電流であるリアクトル電流が値０で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定し、
    （ｂ）周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する、
    電源装置の制御方法。
  13. 前記ステップ（ｂ）は、前記第１のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記第２のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態にあるにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御するステップである請求項１２記載の電源装置の制御方法。
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