JP2009201201A - 電源装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流の状態を推定する。
【解決手段】上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間と下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間との差の絶対値としての立ち上がり時間差に基づいてコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬが周期的に値０となる周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定する。これにより、上アーム立ち上がり時間や下アーム立ち上がり時間を用いて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定することができる。
【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、モータを駆動するインバータとバッテリとに接続され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ってバッテリからの電力を昇圧してモータに供給したり（以下、これを昇圧動作という）モータからの電力を降圧して直流電源に供給したり（以下、これを降圧動作という）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、電圧センサにより検出されるインバータの電圧（出力電圧）と電流センサにより検出されるリアクトル電流の平均値（平均リアクトル電流）とに基づいて昇圧コンバータの二つのトランジスタの一方または両方をスイッチング制御することにより、昇圧動作や降圧動作を行なっている。
特開２００６−２５４５９３号公報

こうした電源装置では、コンバータのリアクトルに流れる電流の状態（例えば、電流が周期的に値０となるか否かなど）を、電流センサによる検出値（電流値）を用いて判定する以外の方法により判定するよう、例えば電流値以外の情報を用いて判定（推定）するよう望まれることがある。

本発明の電源装置およびその制御方法は、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流の状態を推定することを主目的とする。

本発明の電源装置およびその制御方法は、上述の主目的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、
充放電可能な直流電源と、
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のトランジスタと、前記第１のトランジスタ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のトランジスタと、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの中間点に接続されると共に前記直流電源の出力端子に接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両トランジスタ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、
前記第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と前記第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定するリアクトル電流状態推定手段と、
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リアクトル電流状態推定手段により推定された結果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、第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいてリアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定し、電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と推定したリアクトル電流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、第１時間と第２時間とを用いてリアクトル電流状態を推定することができ、推定した結果に応じて昇圧コンバータを制御することができる。ここで、「リアクトル電流状態」には、周期的に値０となる状態（周期的ゼロ電流状態）や、継続して正または負となる状態が含まれる。

こうした本発明の電源装置において、前記第１のトランジスタは、オフ状態からオン状態に切り替えるオン指令に対して第１の所定電圧での停滞を伴って該第１の所定電圧より高い第２の所定電圧まで２段階に前記入力電圧が増加するものであり、前記第２のトランジスタは、前記オン指令に対して第３の所定電圧での停滞を伴って該第３の所定電圧より高い第４の所定電圧まで２段階に前記入力電圧が増加するものであり、前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１入力電圧が前記第１の所定電圧に至ってから該第１の所定電圧での停滞を伴って前記第２所定電圧に至るまでの時間を前記第１時間として用いると共に前記第２入力電圧が前記第３の所定電圧に至ってから該第３の所定電圧での停滞を伴って前記第４所定電圧に至るまでの時間を前記第２時間として用いて前記リアクトル電流状態を推定する手段である、ものとすることもできる。

また、本発明の電源装置において、前記第１のトランジスタは、オン状態からオフ状態に切り替えるオフ指令に対して第５の所定電圧から該第５の所定電圧より低い第６の所定電圧での停滞を伴って２段階に前記入力電圧が減少するものであり、前記第２のトランジスタは、前記オフ指令に対して第７の所定電圧から該第７の所定電圧より低い第８の所定電圧での停滞を伴って２段階に前記入力電圧が減少するものであり、前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１入力電圧が前記第５の所定電圧から減少を開始してから前記第６の所定電圧での停滞を終了するまでの時間を前記第１時間として用いると共に前記第２入力電圧が前記第７の所定電圧から減少を開始してから前記第８の所定電圧での停滞を終了するまでの時間を前記第２時間として用いて前記リアクトル電流状態を推定する手段である、ものとすることもできる。

さらに、本発明の電源装置において、前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１時間と前記第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流が周期的に値０となる周期的電流ゼロ状態であるか否かを推定する手段であり、前記制御手段は、前記リアクトル電流状態推定手段により周期的電流ゼロ状態であると推定され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、前記リアクトル電流状態推定手段により周期的電流ゼロ状態であると推定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、電圧平滑手段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る。

あるいは、本発明の電源装置において、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、ＩＧＢＴであり、前記第１入力電圧は、前記第１のトランジスタのゲート−エミッタ間の電圧であり、前記第２入力電圧は、前記第２のトランジスタのゲート−エミッタ間の電圧である、ものとすることもできる。

本発明の電源装置の制御方法は、
充放電可能な直流電源と、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のトランジスタと前記第１のトランジスタ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のトランジスタと前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの中間点に接続されると共に前記直流電源の出力端子に接続されたリアクトルとを有し所定の周期で両トランジスタ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）前記第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と前記第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定し、
（ｂ）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リアクトル電流状態推定手段により推定された結果と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、第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいてリアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定し、電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と推定したリアクトル電流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、第１時間と第２時間とを用いてリアクトル電流状態を推定することができ、推定した結果に応じて昇圧コンバータを制御することができる。ここで、「リアクトル電流状態」には、周期的に値０となる状態（周期的ゼロ電流状態）や、継続して正または負となる状態が含まれる。

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、昇圧コンバータ３０の降圧側（バッテリ２２側）に配置されて降圧側の電圧を平滑する平滑コンデンサ４６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トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ やＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなど）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、各トランジスタ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、二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の中間点とバッテリ２２の正極側と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。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、実施例では、ＩＧＢＴとして構成されており、トランジスタＴｒ１はコレクタがインバータ１１，１２の正極母線に接続されると共にエミッタがコイル３２に接続され、トランジスタＴｒ２はコレクタがトランジスタＴｒ１のエミッタおよびコイル３２に接続されると共にエミッタがインバータ１１，１２の負極母線に接続されている。以下の説明では、トランジスタＴｒ１のことを「上アーム」、トランジスタ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、トランジスタＴｒ１のゲート−エミッタ間に取り付けられた電圧センサ３４からのトランジスタＴｒ１のゲート電圧（ゲート−エミッタ間電圧）Ｖｇ１，トランジスタＴｒ２のゲート−エミッタ間に取り付けられた電圧センサ３６からのトランジスタＴｒ２のゲート電圧（ゲート−エミッタ間電圧）Ｖｇ２，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のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲート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。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のトランジスタ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＊と周期的ゼロ電流状態フラグＦとを入力すると共に（ステップＳ１００）、入力した周期的ゼロ電流状態フラグＦを調べ（ステップＳ１１０）、周期的ゼロ電流状態フラグＦ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、周期的ゼロ電流状態フラグＦ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、周期的ゼロ電流状態フラグＦは、コイル３２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬが周期的に値０となる状態（周期的ゼロ電流状態）のときに値１が設定され、周期的ゼロ電流状態でないときに値０が設定されるフラグである。この周期的ゼロ電流状態フラグＦの設定は、図３に例示する周期的ゼロ電流状態フラグ設定処理により行なわれる。

周期的ゼロ電流状態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、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１や、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が増加する際の時間である下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２を入力する（ステップＳ２００）。ここで、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１や下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２は、実施例では、電圧センサ３４からの上アームのゲート電圧Ｖｇ１や電圧センサ３６からの下アームのゲート電圧Ｖｇ２に基づいて算出されてＲＡＭ５６の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。以下、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１および下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２の算出方法を説明する。なお、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１および下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２は同じ方法により算出することができるため、ここでは、両者をまとめて、立ち上がり時間ｔｏｎの算出方法として説明する。図４は、トランジスタのオンオフ指令とゲート電圧Ｖｇとゲート電圧変換値との時間変化の様子を示す説明図である。ここで、ゲート電圧変換値は、ゲート電圧Ｖｇが増加しているときには正の所定値、ゲート電圧Ｖｇが一定のときには値０、ゲート電圧Ｖｇが減少しているときには負の所定値が設定されるものとした。トランジスタのゲート電圧Ｖｇは、図４に示すように、オフ状態からオン状態に切り替えるオン指令がなされた以降に入力容量（ゲート−エミッタ間の容量）Ｃｉｎの充電を伴って増加して所定電圧Ｖｒｅｆ１に至り、所定電圧Ｖｒｅｆ１に至るとトランジスタがオン状態となってコレクタに流れるコレクタ電流が流れ始めると共にコレクタ電圧（コレクタ−エミッタ間の電圧）が減少し始めて帰還容量（ゲート−コレクタ間の容量）Ｃｒｅｓの放電を伴ってしばらくその値を保持し、その後、再び増加して所定電圧Ｖｒｅｆ２に至る。実施例では、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ１に至ってから所定電圧Ｖｒｅｆ２に至るまでの時間を立ち上がり時間ｔｏｎとして算出するものとした。即ち、ゲート電圧変換値が１回目に正の所定値から値０となるときから２回目に正の所定値から値０となるまでの時間を立ち上がり時間ｔｏｎとして算出するものとした。なお、この立ち上がり時間ｔｏｎはコレクタ電圧に依存するものであり、このコレクタ電圧はリアクトル電流ＩＬに依存する。また、トランジスタのゲート電圧Ｖｇは、図４に示すように、オン状態からオフ状態に切り替えるオフ指令がなされた以降に入力容量Ｃｉｎの放電を伴って減少を開始して所定電圧Ｖｒｅｆ２より低い所定電圧Ｖｒｅｆ３に至り、所定電圧Ｖｒｅｆ３に至るとコレクタ電圧がトランジスタがゲート遮断されるときの電圧（遮断時電圧）に至るまでゲートに流れるゲート電流による帰還容量Ｃｒｅｓの充電を伴ってしばらくその値を保持し、コレクタ電圧が遮断時電圧に至ったときにトランジスタがオフ状態となってその後に減少していく。なお、所定電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３は、通常、電池電圧Ｖｂやコンデンサ電圧Ｖｈに比して十分に低い電圧であり、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の特性によって定められ、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２で同じ値となる場合もあるし異なる値となる場合もある。所定電圧Ｖｒｅｆ１や所定電圧Ｖｒｅｆ３については例えば３Ｖや４Ｖ，５Ｖなどを用いることができ、所定電圧Ｖｒｅｆ２については例えば１２Ｖや１５Ｖ，１８Ｖなどを用いることができる。

こうして上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１や下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２を入力すると、入力した上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１から下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２を減じたものの絶対値として立ち上がり時間差Δｔｏｎを計算し（ステップＳ２１０）、計算した立ち上がり時間差Δｔｏｎを閾値ｔｒｅｆと比較する（ステップＳ２２０）。ここで、閾値ｔｒｅｆは、周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定するために用いられるものであり、実験などにより定めることができる。上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２、リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化の様子を図５〜７に例示する。図５は、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１に比して下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２が大きいとき（以下、状態１という）の様子を示し、図６は、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２との差がある程度の範囲内となるとき（以下、状態２という）の様子を示し、図７は、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１が下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２に比して大きいとき（以下、状態３という）の様子を示す。また、図５〜図７中のリアクトル電流ＩＬの脈動は、トランジスタ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。図５〜図７に示すように、状態１ではリアクトル電流ＩＬが脈動中に負の値とならず、状態２ではリアクトル電流ＩＬが脈動中に正の値および負の値となり即ち周期的に値０となり、状態３ではリアクトル電流ＩＬが脈動中に正の値とならない。ステップＳ２２０の立ち上がり時間差Δｔｏｎと閾値ｔｒｅｆとの比較は、状態２であるか状態１または状態３であるかを判定する処理である。

立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆより大きいときには、周期的ゼロ電流状態でない即ち状態１または状態３であると判断し、周期的ゼロ電流状態フラグＦに値０を設定して（ステップ２３０）、周期的ゼロ電流状態フラグ設定処理を終了し、立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆ以下のときには、周期的ゼロ電流状態である即ち状態２であると判断し、周期的ゼロ電流状態フラグＦに値１を設定して（ステップ２４０）、周期的ゼロ電流状態フラグ設定処理を終了する。状態２では、上アームと下アームとが共にオフ状態となるデッドタイムにリアクトル電流ＩＬが値０で停滞する現象を生じる場合があり、この場合、僅かな時間ではあるが、コンデンサ電圧Ｖｈが電圧指令Ｖｈ＊に比して高くなったり低くなったりすることがある。コンデンサ電圧Ｖｈが電圧指令Ｖｈ＊より低くなる場合には、モータＭＧ１，ＭＧ２の若干の出力不足を生じる程度なので問題は少ないが、コンデンサ電圧Ｖｈが電圧指令Ｖｈ＊より高くなる場合には、平滑コンデンサ４２の破損やモータＭＧ１，ＭＧ２の出力過多を招くおそれが生じる。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により定めることができる。

図８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に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リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化を示す説明図である。図８の例では、前述の状態１（図５参照）から状態２（図６参照）を経由して状態３（図７参照）に移行する。このようにリアクトルＩＬが変化する際に、状態２のときに電圧指令Ｖｈ＊を所定電圧ΔＶだけ下方修正することにより、平滑コンデンサ４２の破損やモータＭＧ１，ＭＧ２からの出力過多を抑制することができる。

以上説明した実施例の電源装置２０によれば、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が増加する際の時間である下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２と、の差の絶対値としての立ち上がり時間差Δｔｏｎに基づいてコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）ＩＬが周期的に値０となる周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定することにより、上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１や下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２を用いて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定することができる。しかも、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲート電圧Ｖｇ１，Ｖｇ２を用いてリアクトル電流ＩＬが周期的に値０となる周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定することにより、電池電圧Ｖｂやコンデンサ電圧Ｖｈを検出するための電圧センサに比して低い電圧を検出するための電圧センサ（比較的低電圧を検出するための電圧センサ）を用いて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定することができる。そして、周期的ゼロ電流状態と判定されたときに電圧指令Ｖｈ＊を所定電圧ΔＶだけ下方修正することにより、平滑コンデンサ４２の破損やモータＭＧ１，ＭＧ２からの出力過多を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ１に至ってから所定電圧Ｖｒｅｆ２に至るまでの時間を立ち上がり時間ｔｏｎ（上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１や下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２）として算出するものとしたが、例えば、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ２に対する第１の所定割合（例えば、１０％や１５％など）に至ってから所定電圧Ｖｒｅｆ２に対する第２の所定割合（例えば、９０％や１００％など）に至るまでの時間を立ち上がり時間ｔｏｎとして算出するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が増加する際の時間である下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２と、に基づいて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定するものとしたが、これに代えてまたは加えて、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が減少する際の時間である上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１と、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が減少する際の時間である下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２と、に基づいて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定するものとしてもよい。ここで、上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１や下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２は、電圧センサ３４からの上アームのゲート電圧Ｖｇ１や電圧センサ３６からの下アームのゲート電圧Ｖｇ２に基づいて算出されてＲＡＭ５６の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力することができる。以下、上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１と下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２の算出方法について説明する。なお、上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１と下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２は同じ方法により算出することができるため、ここでは、両者をまとめて、立ち下がり時間ｔｏｆｆの算出方法として説明する。立ち下がり時間ｔｏｆｆは、前述の図４における、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ２から減少し始めたときからゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ３に至った後に所定電圧Ｖｒｅｆ３から減少し始めるときまでの時間を立ち下がり時間ｔｏｆｆとして算出することができる。即ち、ゲート電圧変換値が１回目に値０から負の所定値となるときから２回目に値０から負の所定値となるまでの時間を立ち下がり時間ｔｏｆｆとして算出することができる。上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２とに代えて上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１と下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２とに基づいて周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定する場合、こうして算出した上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１から下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２を減じたものの絶対値としての立ち下がり時間差Δｔｏｆｆを閾値ｔｒｅｆ２と比較し、立ち下がり時間差Δｔｏｆｆが閾値ｔｒｅｆ２より大きいときには周期的ゼロ電流状態フラグＦに値０を設定し、立ち下がり時間差Δｔｏｆｆが閾値ｔｒｅｆ２以下のときには周期的ゼロ電流状態フラグＦに値１を設定することにより、実施例と同様の効果を奏することができる。ここで、閾値ｔｒｅｆ２は、周期的ゼロ電流状態であるか否かを判定するために用いられるものであり、実験などにより定めることができる。この変形例では、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ２から減少し始めたときからゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ３に至った後に所定電圧Ｖｒｅｆ３から減少し始めるときまでの時間を立ち下がり時間ｔｏｆｆ（上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１や下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２）として算出するものとしたが、例えば、ゲート電圧Ｖｇが所定電圧Ｖｒｅｆ２に対する第３の所定割合（例えば、９５％や９０％など）に至ってから所定電圧Ｖｒｅｆ２に対する第４の所定割合（例えば、１５％や１０％など）に至るまでの時間を立ち下がり時間ｔｏｆｆとして算出するものとしてよもい。

実施例の電源装置２０では、立ち上がり時間差Δｔｏｎに基づいて周期的ゼロ電流状態であるか否か（状態２であるか状態１または状態３であるか）を判定すると共に判定結果に基づいて昇圧コンバータ３０を制御するものとしたが、周期的ゼロ電流状態であるか否か（状態２であるか状態１または状態３であるか）を判定すると共に周期的ゼロ電流状態であると判定されたときに状態１から移行したか状態３から移行したかを判定し、判定結果に基づいて昇圧コンバータ３０を制御するものとしてもよい。また、立ち上がり時間差Δｔｏｎに基づいて前述の状態１，状態２，状態３のいずれであるかを判定すると共に判定結果に基づいて昇圧コンバータ３０を制御するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ２２が「直流電源」に相当し、電気機器としての二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されたインバータ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トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、各トランジスタ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、二つのトランジスタ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、により構成された昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、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が「電圧平滑手段」に相当し、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が増加する際の時間である下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２と、の差の絶対値としての立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆより大きいときに周期的ゼロ電流状態フラグＦに値０を設定し、立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆ以下のときに周期的ゼロ電流状態フラグＦに値１を設定する図３の周期的ゼロ電流状態フラグ設定処理を実行する電子制御ユニット５０が「リアクトル電流状態推定手段」に相当し、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電圧指令Ｖｈ＊を設定する図示しない電圧指令設定ルーチンを実行すると共に周期的ゼロ電流状態フラグＦが値１のときに電圧指令Ｖｈ＊を修正する図２に例示する電圧指令調整ルーチンを実行し、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のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をスイッチング制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

ここで、「直流電源」としては、バッテリ２２に限定されるものではなく、充放電可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「昇圧コンバータ」としては、電気機器としての二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されたインバータ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トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、各トランジスタ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、二つのトランジスタ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、により構成されたものに限定されるものではなく、直流電源からみて電気機器と直列接続された第１のトランジスタと、第１のトランジスタに直列に接続されると共に直流電源からみて電気機器と並列接続された第２のトランジスタと、第１のトランジスタと第２のトランジスタとの中間点に接続されると共に直流電源の出力端子に接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両トランジスタのオン時間を調整することにより直流電源の電圧を昇圧して電気機器に供給可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電圧平滑手段」としては、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に限定されるものではなく、昇圧コンバータからみて電気機器に並列接続されて電気機器に作用する電圧を平滑するものであれば如何なるものとしても構わない。「リアクトル電流状態推定手段」としては、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１が増加する際の時間である上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２が増加する際の時間である下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２との差の絶対値としての立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆより大きいときに周期的ゼロ電流状態フラグＦに値０を設定し、立ち上がり時間差Δｔｏｎが閾値ｔｒｅｆ以下のときに周期的ゼロ電流状態フラグＦに値１を設定するものに限定されるものではなく、上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇが減少する際の時間である上アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ１と下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇが減少する際の時間である下アーム立ち下がり時間ｔｏｆｆ２とに基づいて周期的ゼロ電流状態フラグＦを設定するものとするなど、第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいてリアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、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電圧指令Ｖｈ＊を設定すると共に周期的ゼロ電流状態フラグＦが値１のときに電圧指令Ｖｈ＊を修正し、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のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をスイッチング制御するものに限定されるものではなく、電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令とリアクトル電流状態推定手段により推定された結果とに基づいて昇圧コンバータを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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。 実施例の電子制御ユニット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。 実施例の電子制御ユニット５０により実行される周期的ゼロ電流状態フラグ設定処理の一例を示すフローチャートである。 トランジスタのオンオフ指令とゲート電圧Ｖｇとゲート電圧変換値との時間変化の様子を示す説明図である。 上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１に比して下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２が大きいときの上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２、リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化の様子を示す説明図である。 上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１と下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２との差がある程度の範囲内となるときの上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２、リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化の様子を示す説明図である。 上アーム立ち上がり時間ｔｏｎ１が下アーム立ち上がり時間ｔｏｎ２に比して大きいときの上アーム（トランジスタＴｒ１）のゲート電圧Ｖｇ１、下アーム（トランジスタＴｒ２）のゲート電圧Ｖｇ２、リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化の様子を示す説明図である。 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に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リアクトル電流ＩＬの模式的な時間変化を示す説明図である。

符号の説明

１１，１２ インバータ、１３，１４ 回転位置センサ、２０ 電源装置、２２ バッテリ、２４，３４，３６，４４ 電圧センサ、３０ 昇圧コンバータ、３２ コイル、４２，４６ 平滑コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

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、
   充放電可能な直流電源と、
   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のトランジスタと、前記第１のトランジスタ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のトランジスタと、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの中間点に接続されると共に前記直流電源の出力端子に接続されたリアクトルとを有し、所定の周期で両トランジスタ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、
   前記第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と前記第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定するリアクトル電流状態推定手段と、
   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リアクトル電流状態推定手段により推定された結果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. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記第１のトランジスタは、オフ状態からオン状態に切り替えるオン指令に対して第１の所定電圧での停滞を伴って該第１の所定電圧より高い第２の所定電圧まで２段階に前記入力電圧が増加するものであり、
   前記第２のトランジスタは、前記オン指令に対して第３の所定電圧での停滞を伴って該第３の所定電圧より高い第４の所定電圧まで２段階に前記入力電圧が増加するものであり、
   前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１入力電圧が前記第１の所定電圧に至ってから該第１の所定電圧での停滞を伴って前記第２所定電圧に至るまでの時間を前記第１時間として用いると共に前記第２入力電圧が前記第３の所定電圧に至ってから該第３の所定電圧での停滞を伴って前記第４所定電圧に至るまでの時間を前記第２時間として用いて前記リアクトル電流状態を推定する手段である、
   電源装置。
3. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記第１のトランジスタは、オン状態からオフ状態に切り替えるオフ指令に対して第５の所定電圧から該第５の所定電圧より低い第６の所定電圧での停滞を伴って２段階に前記入力電圧が減少するものであり、
   前記第２のトランジスタは、前記オフ指令に対して第７の所定電圧から該第７の所定電圧より低い第８の所定電圧での停滞を伴って２段階に前記入力電圧が減少するものであり、
   前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１入力電圧が前記第５の所定電圧から減少を開始してから前記第６の所定電圧での停滞を終了するまでの時間を前記第１時間として用いると共に前記第２入力電圧が前記第７の所定電圧から減少を開始してから前記第８の所定電圧での停滞を終了するまでの時間を前記第２時間として用いて前記リアクトル電流状態を推定する手段である、
   電源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
   前記リアクトル電流状態推定手段は、前記第１時間と前記第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流が周期的に値０となる周期的電流ゼロ状態であるか否かを推定する手段であり、
   前記制御手段は、前記リアクトル電流状態推定手段により周期的電流ゼロ状態であると推定され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、前記リアクトル電流状態推定手段により周期的電流ゼロ状態であると推定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、
   電源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の電源装置であって、
   前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、ＩＧＢＴであり、
   前記第１入力電圧は、前記第１のトランジスタのゲート−エミッタ間の電圧であり、
   前記第２入力電圧は、前記第２のトランジスタのゲート−エミッタ間の電圧である、
   電源装置。
6. 充放電可能な直流電源と、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のトランジスタと前記第１のトランジスタ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のトランジスタと前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの中間点に接続されると共に前記直流電源の出力端子に接続されたリアクトルとを有し所定の周期で両トランジスタ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）前記第１のトランジスタの入力電圧である第１入力電圧が増減する際の時間である第１時間と前記第２のトランジスタの入力電圧である第２入力電圧が増減する際の時間である第２時間とに基づいて前記リアクトルに流れる電流の状態であるリアクトル電流状態を推定し、
   （ｂ）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リアクトル電流状態推定手段により推定された結果と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。

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