JP2008228450A - 車両用電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子に並列接続されたダイオードの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出し、これらのタイミングに対応する回転子位置信号の値を逐次記憶し、記憶した回転子位置信号の値に基づいてスイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングを算出し、そのタイミングに基づいてスイッチング素子のゲート指令信号を生成するようにした。
【選択図】図3
Description
以下、この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換装置について詳細に説明する。図1は、回転電機として発電電動機を用いた車両システムの説明図、図2は、この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換装置を備えた発電電動機の構成を示す構成図、図3は、この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換装置に於けるゲート制御部の構成を示すブロック図である。図1に於いて、車両用回転電機としての発電電動機102は、内燃機関101によりベルト等の動力伝達手段104を介して駆動されて発電し交流エネルギーを発生する。内燃機関101の運転中、発電電動機102により発生された交流エネルギーは、電力変換装置により直流エネルギーに変換されて蓄電池103に充電される。
UHダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vu≦Vp+Vf (式1)
VHダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vv≦Vp+Vf (式2)
WHダイオードオン状態検出判定式:Vp≦Vw≦Vp+Vf (式3)
UHダイオードオフ状態検出判定式:Vu<Vp (式4)
VHダイオードオフ状態検出判定式:Vv<Vp (式5)
WHダイオードオフ状態検出判定式:Vw<Vp (式6)
ULダイオードオン状態検出判定式:−Vf≦Vu≦0 (式7)
VLダイオードオン状態検出判定式:−Vf≦Vv≦0 (式8)
WLダイオードオン状態検出判定式:−Vf≦Vw≦0 (式9)
ULダイオードオフ状態検出判定式:0<Vu (式10)
VLダイオードオフ状態検出判定式:0<Vv (式11)
WLダイオードオフ状態検出判定式:0<Vw (式12)
前述の実施の形態1の場合、ダイオード通電状態検出部212は、全てのスイッチング素子について、そのオン、オフのタイミングを検出し、それらのタイミングt1、t3、t5、t7、t9、t11でダイオードオンタイミング信号Xon_Timingを出力し、タイミングt2、t4、t6、t8、t10、t12でダイオードオフタイミング信号Xoff_Timingを発生していた。
この発明の実施の形態3に係る車両用電力変換装置では、U、V、W相のうちの一つの相を代表相とし、その特定の相に対応するスイッチング素子に並列接続されたダイオードの実際のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから上アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを予測すると共に、前記の特定の相の下アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから下アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを推定するようにしたものである。
図10は、この発明の実施の形態4に係る車両用電力変換装置のダイオード通電状態検出部の動作を説明するタイミングチャートである。実施の形態4では、図10に示すように、U相を代表相としその上アームのUH223aに並列接続されたUHダイオードのダイオードオンタイミングt1、及びダイオードオフタイミングt6のみをダイオード通電状態検出部212により実際に検出する。
図11は、この発明の実施の形態5に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の生成について説明するタイミングチャートである。図11では、回転電機の例として電機子極対数を8極とし、回転子位置検出手段の取付け方により回転子位置検出部211の出力である回転位置信号Positionの値に誤差が生じている状態を示している。
図12は、この発明の実施の形態6による車両用電力変換装置を説明する説明図であり、ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングの過去履歴マトリックスを示している。図12に於いて、縦(列)方向に回転電機の極対数y個のテーブル、横(行)方向に回転電機の軸回転回数の履歴x個のテーブルを示す。
図13は、この発明の実施の形態7に係る車両用電力変換装置による、スイッチング素子の制御タイミングを示すタイミングチャートである。図13に於いて、ゲート指令信号Xon*は、ダイオードオンタイミング信号Xon_Timingとダイオードオフタイミング信号Xoff_Timingの中間点であるθcenterを中心にして、スイッチング素子オンタイミング信号Xon_Timing*とスイッチング素子オフタイミング信号Xoff_Timing*との間で、徐々に通電角Xon_Widthを変化させるものである。
図14は、この発明の実施の形態8に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の監視方法を示すタイミングチャートである。この実施の形態8では、ダイオード通電状態検出部212からのダイオードオンタイミングXon_timingとダイオードオフタイミングXoff_timingの時間的な周期性や、ダイオード通電時間、ダイオード非通電時間を基に、フェールセーフを構築する。
102 発電電動機
103 蓄電池
110 車両用電力変換装置
200 モータジェネレータ部
201 発電電動機電機子巻線
202 発電電動機界磁巻線
210 ゲート制御部
211 回転子位置検出部
212 ダイオード通電状態検出部
213 タイミング処理部
214 ゲート指令生成部
215 ゲート指令監視部
220 電力変換部
221 界磁スイッチング素子
222 フリーホイルダイオード
223a U相上アームスイッチング素子
223b V相上アームスイッチング素子
223c W相上アームスイッチング素子
224a U相下アームスイッチング素子
224b V相下アームスイッチング素子
224c W相下アームスイッチング素子
Position 回転子位置信号
Xon_Timing ダイオードオンタイミング信号
Xoff_Timing ダイオードオフタイミング信号
Xon_Timing* スイッチング素子オンタイミング信号
Xoff_Timing* スイッチング素子オフタイミング信号
X1on_Timing 監視用オンタイミング信号
X1off_Timing 監視用オフタイミング信号
Xon* ゲート指令信号
Enable ゲートオン動作禁止信号
Claims (18)
- 車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部が検出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うことを特徴とする車両用電力変換装置。
- 車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記回転電機の回転子の位置に対応した回転子位置信号を発生する回転子位置検出部と、前記検出したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値を逐次記憶し、前記記憶した前記回転子位置信号の値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングを算出するタイミング処理部と、前記タイミング処理部が算出した前記スイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うことを特徴とする車両用電力変換装置。
- 前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記全てのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。
- 前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記夫々の相に対応する前記上アームのスイッチング素子に夫々並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。
- 前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記スイッチング素子は、前記多相電機子巻線の夫々の相に対応して接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とからなり、前記ダイオード通電状態検出部は、前記多相電機子巻線の特定の相に対応して接続された上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子に夫々並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。
- 前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記多相電機子巻線の特定の相に対応して接続された上アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングが検出されたダイオード以外のダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングは、前記検出されたダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて推定することを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記ダイオードオンタイミングを検出する上アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードが対応する相の相電圧値が、前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記ダイオードオンタイミングとして検出することを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記ダイオードオフタイミングを検出する上アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードが対応する相の相電圧値が、前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記ダイオードオフタイミングとして検出することを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記ダイオードオンタイミングを検出する下アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードが対応する相の相電圧値が、前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲にあるタイミングを前記ダイオードオンタイミングとして検出することを特徴とする請求項3又は5に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記ダイオードオフタイミングを検出する下アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードが対応する相の相電圧値が、前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記ダイオードオフタイミングとして検出することを特徴とする請求項3又は5に記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記回転電機の極対数に基づく自然数N回前の記憶したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値から前記ダイオードの通電状態を予測して今回のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを算出することを特徴とする請求項2乃至11の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記記憶した回転子位置信号の値のバラツキに影響されないタイミングで前記ダイオードの通電状態を予測することを特徴とする請求項2乃至11の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記自然数N回前の記憶したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミング時の回転子位置の平均値に基づいて前記ダイオードの通電状態を予測して今回のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを算出することを特徴とする請求項2乃至11の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令生成部は、前記タイミング処理部が算出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングからダイオード通電期間の中心位置を算出し、前記算出した中心位置を基点として、前記スイッチング素子を導通させる範囲を変化させるよう前記ゲート指令信号を生成することを特徴とする請求項2乃至11の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記検出したダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのうちの少なくとも一方に対する前記ゲート指令信号の生成タイミングを監視するゲート指令監視部を備えたことを特徴請求項1乃至15の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令監視部は、前記ダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのうちの少なくとも一方を監視し、そのタイミングの異常を検知したとき前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止することを特徴とする請求項16に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令監視部は、前記ダイオードオンタイミングが前記ゲート指令信号の前に存在する第1の関係と、前記ダイオードオフタイミングが前記ゲート指令信号の後に存在する第2の関係を監視し、前記少なくとも一方の関係が否定されたとき前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止することを特徴とする請求項16に記載の車両用電力変換装置。
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