JP2009033858A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサの過熱を防止する。
【解決手段】ステップＳ２０３で基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された頻度βが所定頻度β０以下の場合は、ステップＳ２０４でフラグＦ１の値が０に設定され、パワートランジスタの温度Ｔｔに基づいて基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈまたは低キャリア周波数ｆｌに設定される。一方、ステップＳ２０３で頻度βが所定頻度β０を超えた場合は、ステップＳ２０５でフラグＦ１の値が１に設定され、パワートランジスタの温度Ｔｔに関係なく基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈに設定され、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止される。
【選択図】図６

Description

本発明は、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力する電圧変換装置に関する。

この種の電圧変換装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１による電圧変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）は、二次電池（直流電源）からの直流電力をトランジスタのスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧コンバータであり、ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルの温度とトランジスタの温度とに基づいてトランジスタのスイッチング周波数（キャリア周波数）を設定している。より具体的には、リアクトルの温度が第１の閾値以上となる場合にトランジスタのスイッチング周波数を通常運転時のスイッチング周波数よりも高く設定し、トランジスタの温度が第２の閾値以上となる場合にトランジスタのスイッチング周波数を通常運転時のスイッチング周波数よりも低く設定している。

国際公開第０２／６５６２８号パンフレット 特許第２９６０４６９号公報

こうしたＤＣ−ＤＣコンバータでは、その入力側にコンデンサ（フィルタ用コンデンサ）が直流電源（二次電池）と並列に設けられる場合がある。ＤＣ−ＤＣコンバータのトランジスタのスイッチング動作時には、リアクトルを流れる電流にリプル成分が生じるが、フィルタ用コンデンサを直流電源と並列に設けることで、リアクトルを流れる電流は、直流電源の電流（直流成分）にフィルタ用コンデンサの電流（リプル成分）が重畳されたものとなる。これによって、直流電源の電流変動が抑制される。

また、こうしたＤＣ−ＤＣコンバータでは、スイッチング素子のスイッチング動作時にスイッチング素子が発熱し、スイッチング周波数が高いほどスイッチング素子の発熱量が増大する。そこで、スイッチング素子（トランジスタ）の過熱を防止するために、スイッチング素子のスイッチング周波数（キャリア周波数）を変更することが行われている。例えば、スイッチング素子の温度が所定温度よりも高い場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げることで、スイッチング素子の温度上昇が抑制される。

しかし、フィルタ用コンデンサを直流電源と並列に設けた場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げると、スイッチング素子の温度上昇は抑制されるものの、フィルタ用コンデンサを流れる電流のリプル成分が増大するため、フィルタ用コンデンサのリプル電流による温度上昇幅が増大して過熱を招きやすくなる。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、スイッチング素子の温度上昇特性とフィルタ用コンデンサの温度上昇特性とが、スイッチング周波数の変化に対して逆の特性となる。そのため、スイッチング素子の温度に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変更してスイッチング素子の過熱を抑制しても、フィルタ用コンデンサの過熱を防止することはできていない。

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサの過熱を防止することができる電圧変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電圧変換装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る電圧変換装置は、直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、を備える電圧変換装置であって、コンデンサの温度が許容温度よりも高くなる高温状態が発生しているか否かを判定する高温状態判定部と、スイッチング素子の温度と高温状態判定部の判定結果との両方に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部と、該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、を備えることを要旨とする。

本発明の一態様では、スイッチング周波数設定部は、スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を、第１の周波数、または第１の周波数よりも低い第２の周波数に設定し、さらに、高温状態判定部で前記高温状態が発生していると判定された場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、スイッチング素子の温度に関係なく前記第１の周波数に設定することが好適である。

本発明の一態様では、高温状態判定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度に基づいて、前記高温状態が発生しているか否かを判定することが好適である。この態様では、高温状態判定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度が所定頻度よりも高い場合に、前記高温状態が発生していると判定することが好適である。

本発明の一態様では、コンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部を備え、高温状態判定部は、コンデンサ温度検出部で検出されたコンデンサの温度に基づいて、前記高温状態が発生しているか否かを判定することが好適である。

また、本発明に係る電圧変換装置は、直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、を備える電圧変換装置であって、コンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部と、該コンデンサの温度とスイッチング素子の温度との両方に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部と、該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、を備えることを要旨とする。

また、本発明に係る電圧変換装置は、直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、を備える電圧変換装置であって、スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を、第１の周波数、または第１の周波数よりも低い第２の周波数に設定するスイッチング周波数設定部と、該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、を備え、スイッチング周波数設定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度が所定頻度よりも高い場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、スイッチング素子の温度に関係なく前記第１の周波数に設定することを要旨とする。

本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサの過熱を防止することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置を備える電動機駆動システムの概略構成を示す図である。本実施形態に係る電動機駆動システムは、例えば車両の駆動システムに用いることができ、図示するように、充放電可能な直流電源としての二次電池３１と、二次電池３１からの直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の入力側に設けられたフィルタ用コンデンサＣ１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２からの直流電力を交流に変換して出力するインバータ３４，３６と、インバータ３４，３６の入力側（ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力側）に設けられた平滑用コンデンサＣ２と、インバータ３４，３６からの交流電力を受けて回転駆動可能なモータジェネレータ３８，３９と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、インバータ３４，３６の正側ラインＰＬと負側ラインＳＬに対してソース側とシンク側となるように直列接続された２個のパワートランジスタ（スイッチング素子）Ｑ１，Ｑ２と、このパワートランジスタＱ１，Ｑ２に各々逆並列接続された２個のダイオードＤ１，Ｄ２と、一端が二次電池３１の一端（正側端子）に接続されるとともに他端がパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続されたリアクトルＬとを備える。パワートランジスタＱ１はリアクトルＬの他端とＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力端（インバータ３４，３６の正側ラインＰＬ）との間に配置されており、パワートランジスタＱ２はリアクトルＬの他端と二次電池３１の他端（負側端子）との間に配置されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ３２では、パワートランジスタＱ２をオンすると、二次電池３１とリアクトルＬとパワートランジスタＱ２とを結ぶ短絡回路が形成され、二次電池３１から流れる直流電流に応じてリアクトルＬにエネルギが一時的に蓄積される。この状態でパワートランジスタＱ２をオンからオフすると、リアクトルＬに蓄積されたエネルギは、ダイオードＤ１を介して平滑用コンデンサＣ２に蓄えられる。その際に、平滑用コンデンサＣ２の直流電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧）については、二次電池３１の直流電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の入力電圧）よりも高くすることができる。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２をオンオフ駆動するスイッチング動作により、入力された二次電池３１からの直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して（昇圧して）インバータ３４，３６へ出力する昇圧コンバータとして機能することができる。一方、このＤＣ−ＤＣコンバータ３２で平滑用コンデンサＣ２の電荷を用いて二次電池３１を充電することもでき、その際には降圧コンバータとして機能する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の入力側には、フィルタ用コンデンサＣ１が二次電池３１と並列に設けられている。より具体的には、フィルタ用コンデンサＣ１の一端は二次電池３１の正側端子及びリアクトルＬの一端に接続され、フィルタ用コンデンサＣ１の他端は二次電池３１の負側端子に接続されている。パワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング動作時には、リアクトルＬを流れる電流にリプル成分が生じる。フィルタ用コンデンサＣ１を二次電池３１と並列に設けることで、リアクトルＬを流れる電流は、二次電池３１の電流（直流成分）にフィルタ用コンデンサＣ１の電流（リプル成分）が重畳されたものとなるため、二次電池３１の電流変動が抑制される。

インバータ３４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに並列接続された複数（図１では３本）のアーム６２，６４，６６を備える。アーム６２は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のパワートランジスタ（スイッチング素子）Ｑ１１，Ｑ１２と、パワートランジスタＱ１１，Ｑ１２のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１１，Ｄ１２とを含む。同様に、アーム６４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４と、パワートランジスタＱ１３，Ｑ１４のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１３，Ｄ１４とを含み、アーム６６は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６と、パワートランジスタＱ１５，Ｑ１６のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１５，Ｄ１６とを含む。モータジェネレータ３８のコイル（３相コイル）３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗは、Ｙ（スター）結線されており、各アーム６２，６４，６６の中点とそれぞれ接続されている。インバータ３４は、パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、入力されたＤＣ−ＤＣコンバータ３２からの直流電力を１２０°ずつ位相が異なる３相交流に変換してモータジェネレータ３８の３相コイル３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗへ供給する。これによって、モータジェネレータ３８を回転駆動させることができる。一方、このインバータ３４でモータジェネレータ３８の３相コイル３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗの交流電力を直流に変換してＤＣ−ＤＣコンバータ３２へ供給することもできる。

インバータ３６も、インバータ３４と同様の構成であり、パワートランジスタＱ２１，Ｑ２２及びダイオードＤ２１，Ｄ２２を含むアーム７２と、パワートランジスタＱ２３，Ｑ２４及びダイオードＤ２３，Ｄ２４を含むアーム７４と、パワートランジスタＱ２５，Ｑ２６及びダイオードＤ２５，Ｄ２６を含むアーム７６とを備える。Ｙ（スター）結線されたモータジェネレータ３９の３相コイル３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗは、各アーム７２，７４，７６の中点とそれぞれ接続されている。インバータ３６も、パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のスイッチング動作により、入力されたＤＣ−ＤＣコンバータ３２からの直流電力を１２０°ずつ位相が異なる３相交流に変換してモータジェネレータ３９の３相コイル３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗへ供給することで、モータジェネレータ３９を回転駆動させることができる。一方、このインバータ３６でモータジェネレータ３９の３相コイル３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗの交流電力を直流に変換してＤＣ−ＤＣコンバータ３２へ供給することもできる。

図２に示すように、フィルタ用コンデンサＣ１、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２（リアクトルＬ、パワートランジスタＱ１，Ｑ２）、インバータ３４（パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６）、及びインバータ３６（パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６）は、筐体４２内に収容されている。ただし、図２では、説明の便宜上、電気配線の図示を省略している。ここでの筐体４２は、金属（例えばアルミニウム）等の導電材料で構成されていることで、内部に収容した電子部品を外部に対してシールドする機能も果たしている。筐体４２には、冷却液（冷却水）等の冷媒が流れる冷媒流路４４が冷却部として形成されている。冷媒流路４４を流れる冷却液によって、筐体４２内に収容されたＤＣ−ＤＣコンバータ３２（リアクトルＬ、パワートランジスタＱ１，Ｑ２）の冷却を行うことができる。さらに、冷媒流路４４を流れる冷却液によって、筐体４２内に収容されたフィルタ用コンデンサＣ１、インバータ３４（パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６）、及びインバータ３６（パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６）の冷却も行うことができる。

温度センサ５２は、例えばパワートランジスタＱ１，Ｑ２が形成されたチップに設けられており、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔを検出する。温度センサ５２で検出された温度Ｔｔは、電子制御ユニット４０に入力される。ここでは、パワートランジスタＱ１，Ｑ２が形成されたチップの温度を温度センサ５２で検出することにより、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔを検出しているが、冷媒流路４４を流れる冷却液の温度を図示しない温度センサで検出することによっても、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔを検出することが可能である。

電子制御ユニット４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２のパワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータ３２の電圧変換比（昇圧比）を制御する。さらに、電子制御ユニット４０は、インバータ３４のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御してモータジェネレータ３８の駆動制御を行い、インバータ３６のパワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６を制御してモータジェネレータ３９の駆動制御を行う。以下、電子制御ユニット４０がＤＣ−ＤＣコンバータ３２の電圧変換比を制御する処理の詳細について説明する。

電子制御ユニット４０は、例えば図３の機能ブロック図に示すように、高温状態判定部６０、キャリア周波数設定部６１、及びスイッチング制御部６３を含んで構成することができる。高温状態判定部６０は、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが許容温度よりも高くなる高温状態が発生しているか否かを判定する。ここでの判定処理の詳細については後述する。キャリア周波数設定部６１は、温度センサ５２で検出されたパワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔと高温状態判定部６０による判定結果とに基づいて、基準キャリアの周波数ｆｃを設定することで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数ｆｃを設定する。スイッチング制御部６３は、キャリア周波数設定部６１で設定された基準キャリアの周波数（スイッチング周波数）ｆｃでパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオンオフ駆動するスイッチング制御信号のデューティ比Ｄを制御することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の電圧変換比（昇圧比）を制御する。ここでは、例えば図４に示すように、デューティ比指令（目標デューティ比）Ｄ０と基準キャリア（三角波キャリア）Ｖｃとの比較結果に基づいて、デューティ比Ｄ＝目標デューティ比Ｄ０となるスイッチング制御信号を生成することができる。図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ３２の構成例では、上側のパワートランジスタＱ１の導通期間（Ｑ１ｏｎ）と下側のパワートランジスタＱ２の導通期間（Ｑ２ｏｎ）との割合であるデューティ比Ｄは、Ｄ＝Ｑ１ｏｎ／（Ｑ１ｏｎ＋Ｑ２ｏｎ）により表され、このデューティ比Ｄ（＝Ｑ１ｏｎ／（Ｑ１ｏｎ＋Ｑ２ｏｎ））の減少に対してＤＣ−ＤＣコンバータ３２の電圧変換比（昇圧比）が増大する。

図５，６は、電子制御ユニット４０が基準キャリアの周波数（パワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数）ｆｃを設定する処理を説明するフローチャートである。図５，６のフローチャートによる処理は、車両のイグニッションがオンされた場合に所定時間毎に繰り返して実行される。

図５のフローチャートのステップＳ１０１では、フラグＦ１の値が０であるか否かが判定される。フラグＦ１の値が０である場合（ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳの場合）はステップＳ１０２に進み、フラグＦ１の値が０でない場合（ステップＳ１０１の判定結果がＮＯの場合）はステップＳ１０５に進む。なお、イグニッションがオンされたときのフラグＦ１の初期値は０に設定される。

ステップＳ１０２では、温度センサ５２で検出されたパワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値以下であるか否かが判定される。パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値以下である場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０３に進み、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈに設定される。一方、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値よりも高い場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０４に進み、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈよりも低い低キャリア周波数ｆｌ（ｆｌ＜ｆｈ）に設定される。また、ステップＳ１０５では、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈに固定され、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止される。

なお、ステップＳ１０２の判定に用いられる閾値については、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌであるときと高キャリア周波数ｆｈであるときとで異ならせることもできる。例えば、ステップＳ１０２において、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈであるときは、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値Ｔ０１以下であるか否かを判定し、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌであるときは、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値Ｔ０２（Ｔ０２＜Ｔ０１）以下であるか否かを判定することもできる。この例では、図７に示すように、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈであるときにパワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値Ｔ０１よりも高くなった場合は、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈから低キャリア周波数ｆｌに下げられる。一方、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌであるときにパワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値Ｔ０２以下になった場合は、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌから高キャリア周波数ｆｈに上げられる。図７に示すように、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔと基準キャリアの周波数ｆｃとの関係にヒステリシスを持たせることで、基準キャリアの周波数ｆｃが短い周期で変動してハンチングが生じるのが抑止される。

図６のフローチャートのステップＳ２０１では、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された期間αが積算（測定）される。次に、ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で積算された期間αを測定時間δｔで割ることで、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された頻度β（＝α／δｔ）が算出される。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された頻度βが所定頻度β０以下であるか否かが判定される。頻度βが所定頻度β０以下である場合（ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ２０４に進み、フラグＦ１の値が０に設定される。一方、頻度βが所定頻度β０よりも高い場合（ステップＳ２０３の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ２０５に進み、フラグＦ１の値が１に設定される。ここでのフラグＦ１の値は、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止されているか否かを表し、「Ｆ１＝０」は、低キャリア周波数ｆｌの使用が許容されている状態を表し、「Ｆ１＝１」は、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止されている状態を表す。また、ステップＳ２０３の判定に用いられる所定頻度β０については、フラグＦ１の値が１であるときの値をフラグＦ１の値が０であるときよりも小さく設定することで、頻度βとフラグＦ１の値との関係にヒステリシスを持たせることも可能である。

パワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング動作時には、パワートランジスタＱ１，Ｑ２が発熱し、スイッチング周波数（基準キャリアの周波数）ｆｃが高いほどパワートランジスタＱ１，Ｑ２の発熱量が増大する。図５のフローチャートの処理によれば、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔが閾値を超えた場合は、基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈから低キャリア周波数ｆｌに低く設定されることで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度上昇を抑制することができ、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の過熱を防止することができる。ただし、基準キャリアの周波数（パワートランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数）ｆｃが低下すると、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の発熱量が減少するものの、フィルタ用コンデンサＣ１を流れる電流のリプル成分が増大してフィルタ用コンデンサＣ１の発熱量が増大する。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２においては、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度上昇特性とフィルタ用コンデンサＣ１の温度上昇特性とが、基準キャリアの周波数変化に対して逆の特性となる。そのため、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定される頻度が増大すると、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度上昇は抑制されるものの、フィルタ用コンデンサＣ１のリプル電流による温度上昇幅が増大して過熱を招きやすくなる。

これに対して図５，６のフローチャートの処理によれば、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された頻度βが所定頻度β０を超えた場合は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔに関係なく基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈに設定され、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止される。ここで、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定される頻度βが増大するほど、大リプル電流がフィルタ用コンデンサＣ１を流れる頻度も増大するため、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃも上昇する。そのため、高温状態判定部６０は、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された頻度βに基づいてフィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが許容温度よりも高くなる高温状態が発生しているか否かを判定することができ、頻度βが所定頻度β０よりも高い場合に高温状態が発生していると判定することができる。したがって、本実施形態では、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが許容温度よりも高くなる高温状態が発生していると判定された場合に、基準キャリアの周波数ｆｃを高キャリア周波数ｆｈに固定する（低キャリア周波数ｆｌの使用を禁止する）ことで、フィルタ用コンデンサＣ１を流れるリプル電流を低減することができるので、フィルタ用コンデンサＣ１の温度上昇を抑制することができる。その結果、フィルタ用コンデンサＣ１の過熱を防止することができる。さらに、本実施形態では、フィルタ用コンデンサＣ１の温度を直接検出することなく、フィルタ用コンデンサＣ１の温度上昇を抑制することができる。その結果、フィルタ用コンデンサＣ１の温度を検出する温度センサを省略することができ、装置構成の簡略化及び低コスト化を図ることができる。

以上の実施形態の説明では、基準キャリアの周波数ｆｃが低キャリア周波数ｆｌに設定された頻度βに基づいてフィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが許容温度よりも高くなる高温状態が発生しているか否かを判定するものとした。ただし、本実施形態では、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃを検出する温度センサ（図示せず）を設け、高温状態判定部６０は、この温度センサで検出されたフィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃに基づいて高温状態が発生しているか否かを判定することもできる。その場合は、図６のフローチャートの処理の代わりに、図８のフローチャートの処理を実行する。

図８のフローチャートのステップＳ３０１では、温度センサで検出されたフィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが設定温度Ｔ１以下であるか否かが判定されることで、高温状態が発生しているか否かが判定される。フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが設定温度Ｔ１以下である場合（ステップＳ３０１の判定結果がＹＥＳの場合）は、高温状態が発生していないと判定し、ステップＳ３０２に進み、フラグＦ１の値が０に設定される。一方、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが設定温度Ｔ１よりも高い場合（ステップＳ３０１の判定結果がＮＯの場合）は、高温状態が発生していると判定し、ステップＳ３０３に進み、フラグＦ１の値が１に設定される。ステップＳ３０１の判定に用いられる設定温度Ｔ１については、フラグＦ１の値が１であるときの値をフラグＦ１の値が０であるときよりも小さく設定することで、フィルタ用コンデンサＣ１の温度ＴｃとフラグＦ１の値との関係にヒステリシスを持たせることも可能である。

図５，８のフローチャートの処理によれば、フィルタ用コンデンサＣ１の温度Ｔｃが設定温度Ｔ１を超えた場合は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の温度Ｔｔに関係なく基準キャリアの周波数ｆｃが高キャリア周波数ｆｈに設定され、低キャリア周波数ｆｌの使用が禁止される。これによっても、フィルタ用コンデンサＣ１を流れるリプル電流を低減することができ、フィルタ用コンデンサＣ１の温度上昇を抑制することができる。

本発明の適用が可能なＤＣ−ＤＣコンバータ３２の構成については図１に示す構成に限られるものではなく、図１以外の構成のＤＣ−ＤＣコンバータに対しても本発明の適用が可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態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。

本発明の実施形態に係る電圧変換装置を備える電動機駆動システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置を備える電動機駆動システムの概略構成を示す図である。 電子制御ユニットの構成例を示すブロック図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータへのスイッチング制御信号の生成方法の一例を説明する図である。 電子制御ユニットにより実行される処理を説明するフローチャートである。 電子制御ユニットにより実行される処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置の動作を説明する図である。 電子制御ユニットにより実行される他の処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

３１ 二次電池、３２ ＤＣ−ＤＣコンバータ、３４，３６ インバータ、３８，３９ モータジェネレータ、４０ 電子制御ユニット、４２ 筐体、４４ 冷媒流路、５２ 温度センサ、６０ 高温状態判定部、６１ キャリア周波数設定部、６３ スイッチング制御部、Ｃ１ フィルタ用コンデンサ、Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ パワートランジスタ。

Claims (7)

1. 直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、
   を備える電圧変換装置であって、
   コンデンサの温度が許容温度よりも高くなる高温状態が発生しているか否かを判定する高温状態判定部と、
   スイッチング素子の温度と高温状態判定部の判定結果との両方に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部と、
   該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、
   を備える、電圧変換装置。
2. 請求項１に記載の電圧変換装置であって、
   スイッチング周波数設定部は、
   スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を、第１の周波数、または第１の周波数よりも低い第２の周波数に設定し、
   さらに、高温状態判定部で前記高温状態が発生していると判定された場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、スイッチング素子の温度に関係なく前記第１の周波数に設定する、電圧変換装置。
3. 請求項２に記載の電圧変換装置であって、
   高温状態判定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度に基づいて、前記高温状態が発生しているか否かを判定する、電圧変換装置。
4. 請求項３に記載の電圧変換装置であって、
   高温状態判定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度が所定頻度よりも高い場合に、前記高温状態が発生していると判定する、電圧変換装置。
5. 請求項１または２に記載の電圧変換装置であって、
   コンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部を備え、
   高温状態判定部は、コンデンサ温度検出部で検出されたコンデンサの温度に基づいて、前記高温状態が発生しているか否かを判定する、電圧変換装置。
6. 直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、
   を備える電圧変換装置であって、
   コンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部と、
   該コンデンサの温度とスイッチング素子の温度との両方に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部と、
   該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、
   を備える、電圧変換装置。
7. 直流電源からの直流電流に応じてエネルギを一時的に蓄積可能なリアクトルと、スイッチング素子とを含み、リアクトルに蓄積されたエネルギを利用して、直流電源からの直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により異なる電圧値の直流電力に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側に直流電源と並列に設けられたコンデンサと、
   を備える電圧変換装置であって、
   スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周波数を、第１の周波数、または第１の周波数よりも低い第２の周波数に設定するスイッチング周波数設定部と、
   該設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子のスイッチング動作を制御してＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換比を制御するスイッチング制御部と、
   を備え、
   スイッチング周波数設定部は、スイッチング素子のスイッチング周波数が前記第２の周波数に設定された頻度が所定頻度よりも高い場合は、スイッチング素子のスイッチング周波数を、スイッチング素子の温度に関係なく前記第１の周波数に設定する、電圧変換装置。

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