JP2009284564A - 車両用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期整流時に全相の同期整流許可信号に基づき同期整流制御部にて正確なスイッチングタイミングを演算し、高効率且つノイズに強く安定した電力を供給することができる車両用電力変換装置を提供する。
【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導通状態の周期に対応した周期を有しそのダイオードに対応するスイッチング素子に対する同期整流の実施許可信号を発生する同期整流許可手段と、実施許可信号の周期に基づいてその実施許可信号に対応するスイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段とを備え、同期整流制御手段からのスイッチングタイミング信号に基づいて対応するスイッチング素子をスイッチング制御して同期整流を実施するようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、交流発電電動機と直流電源との間に接続される車両用電力変換装置に関するものである。

内燃機関を始動するために電動機として駆動動作を行ない、内燃機関駆動後は発電機として発電動作を行う車載用発電電動機（以下、単に、発電電動機と称する）を搭載した自動車等の車両には、バッテリー等の直流機器と交流機器である発電電動機との間の電力変換を行う車両用電力変換装置が用いられる。

一般に、このような車両用電力変換装置は、発電電動機とバッテリーとの間に接続され、複数のスイッチング素子とこれらのスイッチング素子に並列接続されたダイオード素子(例えば、スイッチング素子に付随して設けられた寄生ダイオード)により構成されている。車両用電力変換機は、発電電動機が電動機として動作する場合には、スイッチング素子のオン期間とオフ期間との制御であるスイッチング制御を行なうことによりバッテリーからの直流電力を交流電力に変換して発電電動機に供給し、発電電動機が発電機として動作する場合には、発電電動機が発電した交流電力を前述のダイオードにより整流して直流電力に変換しバッテリーに供給する。

従来、車両に搭載された回転電機の回転子の回転位置を位置検出手段により検出し、この検出した位置情報に基づいてスイッチング素子のスイッチング制御を行なうようにした車両用電力変換装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。又、近年では、ダイオード整流よりも効率がよく、素子の発熱も少ないことから、スイッチング素子による同期整流を用いた車両用電力変換装置が提案されている。

特開２００２−２１８７９７号公報

通常、同期整流を用いた車両用電力変換装置は、発電電動機が発電を開始すると、スイッチング素子と並列に接続されたダイオードによってダイオード整流が行われ、その後、エンジンの回転速度が上昇し発電電動機での発電量が増加すると、ダイオード整流からスイッチング素子による同期整流へと移行する。

しかしながら、このような車両用電力変換装置に於いて、同期整流制御部では実施許可信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングタイミングが演算されるが、実施許可信号がノイズの影響で正確なタイミングが得られない場合、同期整流制御部は正確な許可信号が出力できないという課題があった。

又、同期整流制御部は、実施許可信号に基づき通電中心位置から徐々に通電幅を上げるようにスイッチング制御を行なうため、演算量が多くマイコンの演算負荷が大きくなるという課題があった。

又、特許文献１に記載された従来の装置では、回転子位置を検知する手段を用いてスイッチング素子の位相制御を行なうが、例えば負荷変動等により回転子位置が急激に変化するような場合に対しては、適応が難しかった。

この発明は、従来の装置に於ける前述の課題を解決するためになされたものであり、直流電力と交流電力との電力変換を行なう車両用電力変換装置に於いて、同期整流時に同期整流許可信号に基づき同期整流制御部にて正確なスイッチングタイミングを演算し、高効率且つノイズに強く安定した電力を供給することができる車両用電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明による車両用電力変換装置は、多相ブリッジ回路の各相の正極側アーム及び各相の負極側アームを構成し夫々並列接続されたダイオードを有する複数のスイッチング素子を備え、外部から駆動されて多相交流電力を発生する発電電動機と直流機器との間に接続され、前記多相交流電力の発生時に前記夫々のダイオードの導通状態に同期して前記夫々のダイオードに対応する前記スイッチング素子を導通させて同期整流を実施し得るように構成された車両用電力変換装置であって、前記ダイオードの導通状態の周期に対応した周期を有し前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子に対する同期整流の実施許可信号を発生する同期整流許可手段と、前記実施許可信号の周期に基づいてその実施許可信号に対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段とを備え、前記同期整流制御手段からの前記スイッチングタイミング信号に基づいて前記対応するスイッチング素子をスイッチング制御して前記同期整流を実施することを特徴とするものである。

この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期に基づき、前記夫々の正極側アーム及び負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

又、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期を選択し、前記選択した最小時間の周期に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

又、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算し、前記演算した平均時間に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

更に、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期に基づいて前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生すると共に、前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期に基づいて前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

更に、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算しその平均時間に基づいて前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生すると共に、前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算しその平均時間に基づいて前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

又、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号のうち何れか１つ以上の実施許可信号を選択し、前記選択した実施許可信号の周期に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生するように構成される。

又、この発明に於いて、好適には、前記同期整流制御手段は、前記実施許可信号のうち少なくとも１つの周期が所定値と異なるときは、前記スイッチング信号の発生を停止し、前記同期整流の実施を停止するように構成される。

更に、この発明に於いて、好適には、前記発電電動機の界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記発電電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出した回転数に応じて前記同期整流の実施を停止すべき界磁電流値を演算する同期整流停止手段とを備え、前記同期整流制御手段は、前記界磁電流検出手段により検出した界磁電流の値が前記同期整流停止手段により演算された前記界磁電流値以下となったとき、前記スイッチングタイミング信号の発生を停止して前記同期整流の実施を停止するように構成される。

この発明に係る車両用電力変換装置によれば、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの導通状態の周期に対応した周期を有し前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子に対する同期整流の実施許可信号を発生する同期整流許可手段と、前記実施許可信号の周期に基づいてその実施許可信号に対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段とを備え、前記同期整流制御手段からの前記スイッチングタイミング信号に基づいて前記対応するスイッチング素子をスイッチング制御して前記同期整流を実施するようにしたので、ノイズに強く安定した同期整流制御を継続することが可能であり、高効率且つ安定した発電を車両に供給することができる。

実施の形態１．
図1は、発電電動機を搭載した車両システムの構成を示す説明図である。図１に於いて、発電電動機１０２は、例えばベルト等の動力伝達手段１０４を介して内燃機関１０１に接続されている。内燃機関１０１の運転中は、発電電動機１０２が発電した交流電力を電力変換装置により直流電力に変換して蓄電池１０３に供給しこれを所定電圧に充電する。一方、内燃機関１０１を始動するときには、蓄電池１０３からの直流電力を電力変換装置により交流電力に変換して電動発電機１０２に供給しこれを電動機として動作させ、内燃機関１０１を駆動して始動させる。

図２は、この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置を備えた発電電動機１０２の内部構成を示す構成図である。図２に於いて、発電電動機１０２は、電力変換装置１１０とモータジェネレータ部２００により構成されている。電力変換装置１１０は、電力変換部２２０とスイッチング素子のオン・オフ制御を行う制御装置２１０とを備えている。

電力変換部２２０は、モータジェネレータ部２００の界磁コイル２０２に通電する界磁電流をＰＷＭ制御するための界磁スイッチング素子２２１とフリーホイールダイオード２２２を備える。又、電力変換部２２０は、Ｕ相正極側アームＵＨＡを構成するＵ相正極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＵＨと称する）２２３ａ、Ｖ相正極側アームＶＨＡを構成するＶ相正極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＶＨと称する）２２３ｂ、Ｗ相正極側アームＷＨＡを構成するＷ相正極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＷＨと称する）２２３ｃ、及び、Ｕ相負極側アームＵＬＡを構成するＵ相負極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＵＬと称する）２２４ａ、Ｖ相負極側アームＶＬＡを構成するＶ相負極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＶＬと称する）２２４ｂ、Ｗ相負極側アームＷＬＡを構成するＷ相負極側アームスイッチング素子（以下、スイッチング素子ＷＬと称する）２２４ｃとにより構成された３相ブリッジ回路を備える。

スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃとは、夫々図示のように、夫々逆並列接続された寄生ダイオードを内蔵している。

尚、正極側アームを上アーム、負極側アームを下アームと称することもあるが、以下の説明では正極側アーム、負極側アームの呼称を用いる。

モータジェネレータ部２００の電機子コイル２０１は、その３相の各相端子が電力変換部２２０の交流側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。バッテリー１０３の正極側端子及び負極側端子は、夫々電力変換部２２０の直流側端子Ｐ、Ｎに接続されている。

電力変換部２２０の三相ブリッジ回路を構成する各スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃ、及び界磁スイッチング素子２２１は、後述するように制御装置２１０から与えられるゲート信号によりスイッチング制御される。

尚、図２では、モータジェネレータ部２００を、三相の電機子コイル２０１と界磁コイル２０２を備えた三相界磁コイル方式発電電動機として示しているが、相数や界磁方式（例えば、永久磁石等）が異なっていてもよい。更に、図２では、発電電動機１０２を電力変換装置１１０とモータジェネレータ部２００が一体構造とされた一体構造式発電電動機装置として示しているが、電力変換装置１１０と発電電動機２００とが物理的に分割された別体構造式発電電動装置であってもよい。

図３は、前述の制御装置２１０の構成を示すブロック図である。図３に於いて、制御装置２１０及びマイコン３０４は、図３の表示した機能以外にも車両用電力変換装置の様々な機能を有するが、以下の説明ではこの発明の実施の形態１に関係する部分を主体に説明する。図３に於いて、同期整流許可手段３０１は、電力変換部２２０の負極側端子Ｎの電位を基準に、正極側端子Ｐの電圧Ｖｐ、三相の各端子Ｕ、Ｖ、Ｗの端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが入力され、三相ブリッジ回路の各スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃと、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをオンにしない状態で寄生ダイオードに順方向電流が流れるかどうかを、電圧Ｖｐと三相の各端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとに基づいて検出する。

動機整流許可手段３０１は、前述の各寄生ダイオードに順方向電流が流れるかどうかの検出の結果、寄生ダイオードが順方向電流の流れるオン状態であればハイレベルＨｉ、順方向電流の流れないオフ状態であればローレベルＬｏｗとして、三相ブリッジ回路の全正極側アームのダイオードの導通状態の周期に対応する周期の実施許可信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨを出力し、全負極側アームのダイオードの導通状態の周期に対応する周期の実施許可信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを夫々出力する。

同期整流許可手段３０１に於ける前述の寄生ダイオードのオン、オフ状態の検出は、周知の技術を用いればよい。尚、ここでは、入力される電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗがハイレベルＨｉの時はそれに対応する寄生ダイオードがオン状態であり、ローレベルＬｏｗの時は、それに対応する寄生ダイオードがオフ状態であるとしているが、その逆の状態としてもよい。又、入力される電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのエッジ検出により、アップエッジが入力されたときは寄生ダイオードがオン状態、ダウンエッジが入力されたときはオフ状態であるとしてもよく、何れにしても寄生ダイオードのオン、オフ状態が区別できるような信号が同期整流許可手段３０１に入力されるものであればよい。

同期整流制御手段３０２は、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが入力され、又、回転数検出手段３０５が検出した内燃機関の回転数に対応した信号Ｎｍｇと界磁電流検出手段３０６の検出した界磁電流に対応した信号Ｉｆが入力される。同期整流制御手段３０２は、後述するように、これらの信号に基づいて全相の正極側アーム及び負極側アームのスイッチング素子のオンタイミング、及びオフタイミングを演算し、その演算したスイッチングタイミングに対応する出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊を出力し、同期整流手段３０３に入力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２からの出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、車両用電力変換装置２２０の各スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃのゲートに与えるゲート指令信号ＵＨＧ、ＵＬＧ、ＶＨＧ、ＶＬＧ、ＷＨＧ、ＷＬＧを生成し、各スイッチング素子のゲートに入力する。

同期整流制御手段３０２は、同期整流許可手段３０１から入力された実施許可信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬに基づいて、各寄生ダイオードのオン状態の時間をマイコン３０４の機能により計測する。そして、同期整流制御手段３０２は、全相の正極側アーム及び負極側アームの計測した前回の寄生ダイオードのオン状態の時間から制御の遅れ時間と発電電動機１０２の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて、スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃのスイッチングタイミングを演算し、そのスイッチングタイミングに対応した出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊を出力し同期整流手段３０３へ入力する。

図４は、この発明の実施の形態1による車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。図４に於いて、Ｕ相正極側アームＵＨＡに着目して説明すると、同期整流制御手段３０２は、同期整流許可手段３０１から出力された実施許可信号ＵＨがＨｉレベルである時間、即ち、Ｕ相正極側アームＵＨＡの寄生ダイオードがオン状態である時間ＴＵＨ（ｎ−１）を計測する。次に、同期整流制御手段３０２は、下記に示す式（１）で示すように、計測した寄生ダイオードのオン状態である時間ＴＵＨ（ｎ−１）から、制御の遅れ時間と発電電動機１０２の回転変動を考慮した制御余裕時間αとを差し引いた時間ＴＵＨｏｎ（ｎ）を、Ｕ相正極側アームＵＨＡが次回の同期整流を行う時のスイッチング素子ＵＨ２２３ａのスイッチングタイミングとして演算し、この演算した時間ＴＵＨｏｎ（ｎ）に応じた信号を出力信号ＵＨ^＊として出力し同期整流制御手段３０３へ入力する。

ＴＵＨｏｎ（ｎ）＝ＴＵＨ（ｎ−１）−α 式（１）

同様に、Ｕ相負極側アームＵＬＡ、Ｖ相正極側アームＶＨＡ、Ｖ相負極側アームＶＬＡ、Ｗ相正極側アームＷＨＡ、Ｗ相負極側アームＷＬＡの各スイッチング素子ＵＬ２２４ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＷＬ２２４ｃのオン状態となる時間ＴＵＬｏｎ（ｎ）、ＴＶＨｏｎ（ｎ）、ＴＶＬｏｎ（ｎ）、ＴＷＨｏｎ（ｎ）、ＴＷＬｏｎ（ｎ）を、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬから、夫々独立して、各相の前回の寄生ダイオードのオン状態の時間から制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを減算するよう演算し、この演算した時間ＴＵＬｏｎ（ｎ）、ＴＶＨｏｎ（ｎ）、ＴＶＬｏｎ（ｎ）、ＴＷＨｏｎ（ｎ）、ＴＷＬｏｎ（ｎ）に応じた信号を夫々出力信号ＵＬ＊、ＶＨ＊、ＶＬ＊、ＷＨ＊、ＷＬ＊として出力して同期整流制御手段３０３へ入力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらのスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３からのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、スイッチング素子ＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃがオン、オフ制御され、夫々の寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチング動作を行い、同期整流を実行する。

前述のように、この発明の実施の形態1による車両用電力変換装置によれば、三相ブリッジ回路の全相の正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡ毎に独立してスイッチングを行うことで、全相の正極側アーム及び負極側アーム毎に夫々最適なオン時間でスイッチング素子の制御を行うことが可能となり、高効率且つノイズに強く安定した発電力を供給できる車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態２は、実施の形態1に対してスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１と同様である。

図５は、この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。同期整流制御手段３０２は、実施の形態１の場合と同様に、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを入力し、全相の正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡの夫々の寄生ダイオードのオン状態の時間をマイコン３０４の機能により計測する。次に、同期整流制御手段３０２は、全相の正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡの計測した前回のダイオードのオン状態であるオン時間のうちから、最小のオン時間を選択し、この選択した最小のオン時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて、スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをオン状態とする時間、即ちスイッチングタイミングを演算し、その演算した時間に応じた信号を出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊として出力し同期整流手段３０３へ入力する。

図５に於いて、Ｕ相負極側アームＵＬＡに着目し、同期整流制御手段３０２が次回の同期整流を行う時のスイッチング素子２２４ａのオン状態の時間Ｔｍｉｎ１を出力信号ＵＬ*として出力する場合を説明する。この場合、図５から明らかなように、同期整流制御手
段３０２が次回のオン時間Ｔｍｉｎ１を出力信号ＵＬ*として出力するときに、同期整流
許可手段３０１の出力である実施許可信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬから、前回の寄生ダイオードのオン状態の時間が既に計測できている値は、実施許可信号ＵＨであればＴＵＨ（ｎ−１）、実施許可信号ＵＬであればＴＵＬ（ｎ−２）（図示せず）、実施許可信号ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−２）（図示せず）、実施許可信号ＶＬであればＴＶＬ（ｎ−１）、実施許可信号ＷＨであればＴＷＨ（ｎ−１）、実施許可信号ＷＬであればＴＷＬ（ｎ−２）（図示せず）である。

この既に計測ができているオン時間のうちから最小のオン時間を選択し、下記の式（２）により、この選択した前回の実施許可信号の最小の時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔｍｉｎ１を、Ｕ相下側アームのスイッチング素子２２４ａの次回のオン状態の時間、即ちスイッチングタイミングとして出力する。

Ｔｍｉｎ１＝ｍｉｎ［ＴＵＨ（ｎ−１）、ＴＵＬ（ｎ−２）、ＴＶＨ（ｎ−２）、
ＴＶＬ（ｎ−１）、ＴＷＨ（ｎ−１）、ＴＷＬ（ｎ−２）］−α 式（２）

同様に、次のスイッチングタイミングであるW相正極側アームＷＨＡのＴｍｉｎ２では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号のオン状態の時間の計測が既にできている値は、実施許可信号ＵＨであればＴＵＨ（ｎ−１）、実施許可信号ＵＬであればＴＵＬ（ｎ−２）（図示せず）、実施許可信号ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−２）（図示せず）、実施許可信号ＶＬであればＴＶＬ（ｎ−１）、実施許可信号ＷＨであればＴＷＨ（ｎ−１）、実施許可信号ＷＬであればＴＷＬ（ｎ−１）であり、これら実施許可信号のうちの最小時間を選択し、この最小のオン時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔｍｉｎ２を、Ｗ相正極側アームＷＨＡのスイッチング素子２２４ｃのスイッチングタイミングとして出力すればよい。

同様にして、全相正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡのスッチング素子のスイッチングの順に、各スイッチング素子のオンとなる時間であるスイッチングタイミングを、前回の実施許可信号のうちの最小時間から制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを減算するように演算し、夫々のスイッチングタイミングに応じた信号を出力し同期整流制御手段３０３へ入力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態２による車両用電力変換装置によれば、全相の正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号のうちから最小時間を選択し、その選択した最小のオン時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子をスイッチングを行うことで、スイッチングのオン状態が寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、更にオンタイミングの範囲内でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態３は、実施の形態１及び２に対してスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１及び２と同様である。

図６は、この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。同期整流制御手段３０２は、実施の形態１の場合と同様に、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを入力し、全相の正極側アーム及び負極側アームの夫々の寄生ダイオードのオン状態の時間をマイコン３０４の機能により計測する。次に、同期整流制御手段３０２は、全相の正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡの計測した前回のダイオードのオン状態である時間の平均値を演算し、この平均値から制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間を差し引いて、スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをオン状態とする時間、即ちスイッチングタイミングを演算し、この演算した夫々の時間に応じた信号を、同期整流手段３０３へ出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊として出力する。

図６に於いて、Ｕ相負極側アームＵＬＡに着目し、同期整流制御手段３０２が次回の同期整流を行う時のスイッチング素子２２４ａのオン状態の時間Ｔａｖｅ１に応じた信号を出力信号ＵＬ*として出力する場合を説明する。時間Ｔａｖｅ１に応じた信号が同期整流
制御手段３０２の出力信号ＵＬ*として出力されるときに、同期整流許可手段３０１の出
力である実施許可信号から寄生ダイオードのオン状態の時間を計測できている値は、ＵＨであればＴＵＨ(ｎ−１)、ＵＬであればＴＵＬ（ｎ−２）（図示せず）、ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−２）（図示せず）、ＶＬであればＴＶＬ（ｎ−１）、ＷＨであればＴＷＨ（ｎ−１）、ＷＬであればＴＷＬ（ｎ−２）（図示せず）である。同期整流制御手段３０２は、下記の式（３）に示すように、計測した実施許可信号の平均時間を演算し、この演算した前回の実施許可信号の平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔａｖｅ１を、Ｕ相負極側アームＵＬＡのスイッチング素子２２４ａのスイッチングタイミングとして出力する。

Ｔａｖｅ１＝｛［ＴＵＨ（ｎ−１）、ＴＵＬ（ｎ−２）、ＴＶＨ（ｎ−２）、ＴＶＬ（ｎ−１）、 ＴＷＨ（ｎ−１）、ＴＷＬ（ｎ−２）］／６｝−α 式（３）

同様に、次にスイッチングするW相正極側アームＷＬＡのＴａｖｅ２では、同期整流許
可手段３０１の出力である実施許可信号のオン状態の時間を計測できている値は、ＵＨであればＴＵＨ（ｎ−１）、ＵＬであればＴＵＬ（ｎ−２）（図示せず）、ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−２）（図示せず）、ＶＬであればＴＶＬ（ｎ−１）、ＷＨであればＴＷＨ（ｎ−１）、ＷＬであればＴＷＬ（ｎ−１）であり、これら実施許可信号の平均時間を演算し、その平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔａｖｅ２に応じた信号を、Ｗ相正極側アームＷＨＡのスイッチング素子２２４ｃのスイッチングタイミングとして出力すればよい。

同様にして、全相正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡのスッチング素子のスイッチングの順に、各スイッチング素子のオンとなる時間、即ちスイッチングタイミングを、前回の実施許可信号の平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、その夫々の時間に応じた信号を出力信号として同期整流制御手段３０３へ出力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態３による車両用電力変換装置によれば、全相の正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号の平均時間を演算し、その平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子をスイッチングを行うことで、同期整流の実施許可信号にオン状態の時間にバラツキがあっても、オン状態の平均時間を演算することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、更にオンタイミングの範囲内でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態４．
次にこの発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態４は、実施の形態１乃至３に対してスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１乃至３と同様である。

図7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動作を説明するタイミングチャートである。同期整流制御手段３０２では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号を入力し、各寄生ダイオードのオン状態の時間をマイコン３０４の機能により計測する。同期整流制御手段３０２は、全相の正極側アームの計測した前回の寄生ダイオードのオン状態の時間のうちの最小時間、及び全相の負極側アームの計測した前回の寄生ダイオードのオン状態の時間のうちの最小時間を選択し、正極側アーム及び負極側アーム夫々の寄生ダイオードのオン状態の最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて、スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをオン状態とする時間、即ちスイッチングタイミングを演算し、この演算した夫々の時間に応じた信号を出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊として出力し、同期整流手段３０３へ入力する。

図７に於いて、Ｕ相負極側アームＵＬＡに着目し、同期整流制御手段３０２が次回の同期整流を行う時のスイッチング素子２２４ａのオン状態の時間ＴＬ₁に応じた信号を出力
信号ＵＬ*として出力する場合を説明する。同期整流制御手段３０２が出力信号ＵＬ*としてＴＬ₁を出力するときに、各相の負極側アームで同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号のオン状態の時間を計測できている値は、ＵＬであればＴＵＬ（ｎ−２）（図示せず）、ＶＬであればＴＶＬ（ｎ−１）、ＷＬであればＴＷＬ（ｎ−２）（図示せず）である。この計測した実施許可信号のうちの最小時間を選択し、下記の式（４）に示すように、その実施許可信号の最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔｍｉｎ１を、Ｕ相負極側アームＵＬＡのスイッチング素子２２４ａのスイッチングタイミングとして出力する。

ＴＬ_１＝ｍｉｎ［ＴＵＬ（ｎ−２）、ＴＶＬ（ｎ−１）、ＴＷＬ（ｎ−２）］−α
式（４）

このようにして、全相負極側アームのスイッチングの順に負極側アームの各スイッチング素子のスイッチングタイミングを、前回の全相負極側の実施許可信号のうちの最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、その求めた時間に応じた信号を同期整流制御手段３０３へ入力する。

一方、Ｕ相正極側アームＵＨＡのオン状態の時間ＴＵ_１は、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号のオン状態の時間を計測できている値は、ＵＨであればＴＵＨ（ｎ−１）、ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−１）、ＷＨであればＴＷＨ（ｎ−１）であり、これらの中でのオン状態の最小時間を選択し、下記の式（５）に示すように、その選択した最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間ＴＵ_１を、Ｕ相正極側アームＵＨＡのスイッチング素子２２３ａのスイッチングタイミングとして出力すればよい。

ＴＵ_１＝ｍｉｎ［ＴＵＨ（ｎ−１）、ＴＶＨ（ｎ−１）、ＴＷＨ（ｎ−１）］−α
式（５）

このようにして、全相正極側アームのスイッチングの順に正極側アームの各スイッチング素子のスイッチングタイミングを、前回の全相の正極側実施許可信号のうちの最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、その求めた時間に応じた信号を同期整流制御手段３０３へ入力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態４による車両用電力変換装置によれば、全相正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号の最小時間を正極側アームと負極側アーム毎に演算し、その最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子をスイッチングを行うことで、スイッチングのオン状態が寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、正極側アーム及び負極側アーム毎に最小時間でスイッチング素子をオンするので、各相正極側アーム及び負極側アームの適切なオンタイミングの範囲でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率な且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態５．
次にこの発明の実施の形態５に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態５は、実施の形態１乃至４に対してスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１乃至４と同様である。前述の実施の形態４では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可時間の正極側アームと負極側アーム毎に、夫々最小時間を選択しその最小時間に基づいて正極側アームと負極側アーム毎の同期整流制御手段３０２の出力信号を得ていたが、実施形態５では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可時間の正極側アームと負極側アーム毎に、夫々の平均時間を演算して同期整流制御手段３０２の出力とするものである。

そして、全相正極側アームＵＨＡ、ＶＨＡ、ＷＨＡ、及び負極側アームＵＬＡ、ＶＬＡ、ＷＬＡ毎のスッチング素子のスイッチングの順に、各スイッチング素子のオンとなる時間、即ちスイッチングタイミングを、前回の実施許可信号の平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、夫々の時間に応じた信号を出力信号として同期整流制御手段３０３へ出力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態５による車両用電力変換装置によれば、全相正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号の平均時間を正極側アームと負極側アーム毎に演算し、その平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子のスイッチングを行うことで、スイッチングのオン状態が寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、正極側アーム及び負極側アーム毎に平均時間でスイッチング素子をオンするので、各相正極側アーム及び負極側アームの適切なオンタイミングの範囲でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率な且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態６．
次にこの発明の実施の形態６に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態６は、実施の形態１乃至５に対して同期整流制御手段の出力であるスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、他については実施の形態１乃至５と同様である。

図８は、この発明の実施の形態６に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。同期整流制御手段３０２では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号の何れか1つ以上を入力し、その入力した実施許可信号から対応する寄生ダイオードのオン状態の時間をマイコン３０４の機能にて計測する。何れか1つ以上入力した実施許可信号の計測したオン状態の時間から前回の寄生ダイオードのオン状態の時間の最小時間を選択し、その選択した実施許可信号の最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引き、スイッチング素子のスイッチングタイミングを演算し、同期整流手段３０３へ出力する。

図８に於いて、Ｖ相正極側アームＶＨＡに着目し、同期整流制御手段３０２が次回の同期整流を行う時のスイッチング素子２２４ｂのオン状態の時間Ｔ₁に応じた信号を出力信
号ＶＨ*として出力する場合を説明する。以下の説明では、実施許可信号の何れか1つ以上の信号として、Ｕ相とＶ相とＷ相の正極側アームの実施許可信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨを選択したと仮定して説明する。同期整流制御手段３０２の出力信号ＶＨ*としてＴ₁を出力するときに、前述の選択した実施許可信号でオン状態の時間を計測できている値は、ＵＨであればＴＵＨ（ｎ−１）、ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−１）、ＷＨであればＴＷＨ（ｎ）である。

この計測した実施許可信号のうちの最小時間を選択し、下記の式（６）に示すように、その最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔ₁を、Ｖ相の正極側アームＶＨＡのスイッチング素子２２３ｂのスイッ
チングタイミングとして出力する。

Ｔ₁＝ｍｉｎ［ＴＵＨ（ｎ−１）、ＴＶＨ（ｎ−１）、ＴＷＨ（ｎ）］−α
式（６）

次にＵ相負極側アームＵＬＡのＴ_２が出力されるが、Ｔ_２を演算するには、選択した実施許可信号でオン状態の時間を計測できている値は、ＵＨであればＴＵＨ（ｎ）、ＶＨであればＴＶＨ（ｎ−１）、ＷＨであればＴＷＨ（ｎ）となり、これら実施許可信号のうちの最小時間を選択し、その最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間Ｔ_２を、Ｕ相負極側アームＵＬＡのスイッチング素子２２４ａのスイッチングタイミングとして出力すればよい。

同様にして選択された実施許可信号のオン時間に基づき、全相の正極側アーム及び負極側アームのスイッチングの順に各スイッチング素子のスイッチングタイミングを、前回の実施許可信号の最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、同期整流制御手段３０３へ出力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態６による車両用電力変換装置によれば、全相の正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号を何れか1つ以上選択しそのうちの最小時間を演算し、その最小時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子をスイッチングを行うことで、スイッチングのオン状態が寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、最小時間でスイッチング素子をオンするので、各相正極側アーム及び負極側アームのオンタイミングの範囲内でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。また、実施許可時間を選択することにより、マイコン３０４の負荷軽減にもつながる。

実施の形態７．
次にこの発明の実施の形態７に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態７は、実施の形態１乃至６に対してスイッチング素子のスイッチングタイミングの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１乃至６と同様である。前述の実施の形態６では、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号から何れか１つ以上を選択しそのうちの最小時間に基づいて同期整流制御手段３０２の出力信号を得るようにしていたが、実施の形態７では、選択した実施許可信号の平均時間を演算し、その平均時間に基づいて同期整流制御手段３０２の出力信号を得るようにしたものである。

そして、全相正極側アームと負極側アームのスッチング素子のスイッチングの順に、各スイッチング素子のオンとなる時間、即ちスイッチングタイミングを、前回の実施許可信号の平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いて求め、夫々の時間に応じた信号を出力信号として同期整流制御手段３０３へ出力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

以上述べたこの発明の実施の形態７による車両用電力変換装置によれば、全相の正極側アーム及び負極側アームの実施許可信号を何れか１つ以上選択しその平均時間を演算し、
その平均時間から、制御の遅れ時間と発電電動機の回転変動を考慮した制御余裕時間αを差し引いた時間によりスイッチング素子をスイッチングを行うことで、スイッチングのオン状態が寄生ダイオードのオンタイミングに同期し、平均時間でスイッチング素子をオンするので、各相正極側アーム及び負極側アームの適切なオンタイミングの範囲でスイッチングすることが可能であり、寄生ダイオードのオンタイミングを逃すことなく最適なスイッチング制御を行うことが可能となり、高効率な且つノイズに強く安定した車両用電力変換装置を提供することが可能である。

実施の形態８．
次にこの発明の実施の形態８に係る車両用電力変換装置ついて説明する。これまで実施の形態１から７では同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号のオン状態の時間を計測していた。しかし、図９のタイミングチャートに示すように、何らかの要因により同期整流許可手段３０１の出力の周期が所定値と異なった場合、同期整流制御手段３０１は正常な出力をすることができなくなり、安定した発電電力を供給することができなくなる。

そこで、実施の形態８では、実施許可信号のうちの少なくとも１つのオン状態の時間が所定値より小さいか否かを判断し、所定値より大きい場合は通常通り実施の形態１乃至７の何れかの動作を行う。実施許可信号のうちの少なくとも１つが所定値より小さい場合は、同期整流制御手段３０１の出力を停止させる。前述の判断を行なうための所定値は、例えば通電幅Ｔ_ＯＦＦＷｉｄｔｈを９０度とした場合、所定時間Ｔ_ＯＦＦ［ｓｅｃ］は、発電電動機の電気回転速度ＮｍＧｅ［ｒｐｍ］から演算することができ、下記の式（７）により表すことができる。

Ｔ_ＯＦＦ＝Ｔ_ＯＦＦＷｉｄｔｈ／Ｎｍｇｅ 式（７）

上記より、演算された所定時間より同期整流許可手段の出力である実施許可信号のうち少なくとも１つが小さい場合に、同期整流制御手段３０１の出力をオフ状態にし、同期整流を停止し、寄生ダイオードにより整流を行う。尚、実施許可時間が所定時間より小さいものが１つ以上の場合も同様であるのは勿論である。

尚、実施の形態８では、実施許可信号のうちの少なくとも１つが所定時間より小さい場合に同期整流制御手段が同期整流をオフ状態にするようにしたが、所定時間より大きい場合に同期整流制御手段が同期整流をオフ状態にするようにしてもよい。

以上述べたこの発明の実施の形態８による車両用電力変換装置によれば、同期整流許可手段の出力である実施許可信号のうちの少なくとも１つの周期が所定値と異なるときに同期整流制御手段が同期整流をオフ状態にすることにより、同期整流のオン、オフ状態を繰り返すことがなくなり、安定した発電電力を供給することが可能である。

実施の形態９．
次にこの発明の実施の形態９に係る車両用電力変換装置ついて説明する。実施の形態９とこれまでの実施の形態1乃至８との差異は、マイコン３０４に同期整流停止手段３０７を設けたことである。

図１０は、この発明の実施の形態９に係る車両用電力変換装置の構成を示すブロック図である。図１０に於いて、同期整流停止手段３０７は、界磁電流検出手段３０６の出力である界磁電流値と、回転数検出手段３０５の出力である回転数Ｎｍｇｅとが入力される。同期整流停止手段３０７は、同期整流が可能な界磁電流値と回転数Ｎｍｇｅとの関係が示された回転数・界磁電流値のマップから、回転数Ｎｍｇｅに応じた同期整流が可能な界磁電流を演算し、界磁電流検出手段３０６の出力と比較を行う。

尚、回転数・界磁電流値のマップは、予めＲＯＭに記憶しておいてもよい。又、マップの他に、回転数に対する界磁電流の演算式を用いてもよい。

同期整流停止手段３０７は、界磁電流検出手段３０６の出力である界磁電流Ｉｆが界磁電流値マップから読み込んだ値より大きな場合は、同期整流停止信号を同期整流制御手段３０２へは出力せず、前述の実施の形態１乃至８の何れかの手法を用いて、同期整流許可手段３０１からの実施許可信号のオン時間を計測し、前述の各実施の形態で説明したようにして同期整流制御手段３０２の出力を演算し、スイッチング素子をオン状態をとするスイッチングタイミングを同期整流手段３０３に入力する。

同期整流手段３０３は、同期整流制御手段３０２の出力信号ＵＨ^＊、ＵＬ^＊、ＶＨ^＊、ＶＬ^＊、ＷＨ^＊、ＷＬ^＊に基づき、電力変換部２２０の各々対応するスイッチング素子ＵＨ２２３aと、ＶＨ２２３bと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃのゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧを生成し、これらの対応するスイッチング素子のゲートに入力する。

電力変換部２２０では、同期整流手段３０３の出力であるゲート指令信号ＵＨＧ、ＶＨＧ、ＷＨＧ、ＵＬＧ、ＶＬＧ、ＷＬＧに基づき、各スイッチング素子ＵＨ２２３a、ＶＨ
２２３b、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをスイッチン
グ制御することで寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチングを行い、同期整流を実行する。

一方、同期整流停止手段３０７は、界磁電流値Ｉｆが回転数検出手段３０５の検出した回転数に対応する界磁電流マップ値より小さい場合、同期整流許可手段３０１の出力である実施許可信号が許可状態であっても、同期整流制御手段３０２へ同期整流停止信号を出力する。同期整流制御手段３０２は、同期整流停止手段３０７からの同期整流停止信号に基づき、出力をオフ状態として同期整流を停止する。この場合、寄生ダイオードにより整流が行なわれる。

以上述べたこの発明の実施の形態９による車両用電力変換装置によれば、同期整流停止手段により、界磁電流の値に基づいて同期整流の実施、若しくは未実施を決定するようにしたので、界磁電流が所定値より小さなところでは同期整流のオン・オフ状態を繰り返すことがなく、安定した発電電力を供給することが可能となる。

発電電動機を搭載した車両システムの構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置を備えた発電電動機１０２の内部構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態3に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態６に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態８に係る車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態９に係る車両用電力変換装置の同期整流制御手段の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 内燃機関
１０２ 発電電動機
１０３ 蓄電池
１０４ 動力伝達手段
１１０ 電力変換装置
２００ モータジェネレータ部
２０１ 電機子コイル
２０２ 界磁コイル
２１０ 制御装置
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 フリーホイールダイオード
２２３ａ Ｕ相正極側アームスイッチング素子
２２３ｂ Ｖ相正極側アームスイッチング素子
２２３ｃ Ｗ相正極側アームスイッチング素子
２２４ａ Ｕ相負極側アームスイッチング素子
２２４ｂ Ｖ相負極側アームスイッチング素子
２２４ｃ Ｗ相負極側アームスイッチング素子
３０１ 同期整流許可手段
３０２ 同期整流制御手段
３０３ 同期整流手段
３０４ マイコン
３０５ 回転数検出手段
３０６ 界磁電流検出手段
３０７ 同期整流停止手段

Claims (9)

1. 多相ブリッジ回路の各相の正極側アーム及び各相の負極側アームを構成し夫々並列接続されたダイオードを有する複数のスイッチング素子を備え、外部から駆動されて多相交流電力を発生する発電電動機と直流機器との間に接続され、前記多相交流電力の発生時に前記夫々のダイオードの導通状態に同期して前記夫々のダイオードに対応する前記スイッチング素子を導通させて同期整流を実施し得るように構成された車両用電力変換装置であって、前記ダイオードの導通状態の周期に対応した周期を有し前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子に対する同期整流の実施許可信号を発生する同期整流許可手段と、前記実施許可信号の周期に基づいてその実施許可信号に対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段とを備え、前記同期整流制御手段からの前記スイッチングタイミング信号に基づいて前記対応するスイッチング素子をスイッチング制御して前記同期整流を実施することを特徴とする車両用電力変換装置。
2. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期に基づき、前記夫々の正極側アーム及び負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする前記請求項1記載の車両用電力変換装置。
3. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期を選択し、前記選択した最小時間の周期に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする前記請求項1記載の車両用電力変換装置。
4. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算し、前記演算した平均時間に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする前記請求項1記載の車両用電力変換装置。
5. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期に基づいて前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生すると共に、前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期のうち最小時間の周期に基づいて前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算しその平均時間に基づいて前記各相全ての前記正極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生すると共に、前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記実施許可信号の周期の平均時間を演算しその平均時間に基づいて前記各相全ての前記負極側アームに対応する前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記同期整流制御手段は、前記各相全ての前記正極側アーム及び負極側アームに対応する前記実施許可信号のうち何れか１つ以上の実施許可信号を選択し、前記選択した実施許可信号の周期に基づいて前記スイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記同期整流制御手段は、前記実施許可信号のうち少なくとも１つの周期が所定値と異なるときは、前記スイッチング信号の発生を停止し、前記同期整流の実施を停止することを特徴とする請求項1乃至７の何れか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記発電電動機の界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記発電電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出した回転数に応じて前記同期整流の実施を停止すべき界磁電流値を演算する同期整流停止手段とを備え、前記同期整流制御手段は、前記界磁電流検出手段により検出した界磁電流の値が前記同期整流停止手段により演算された前記界磁電流値以下となったとき、前記スイッチングタイミング信号の発生を停止して前記同期整流の実施を停止することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の車両用電力変換装置。

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