JP2009303423A - 昇降圧コンバータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧動作と降圧動作の切替点付近における応答性の向上と、充電領域及び放電領域における良好な制御性の確保との両立を図った昇降圧コンバータの駆動制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】昇降圧コンバータの駆動制御装置は、蓄電器と、力行運転及び回生運転の双方を行う負荷との間に接続され、前記蓄電器の充放電制御を行う昇降圧コンバータの駆動制御装置であって、前記負荷と前記昇降圧コンバータとの間のＤＣバスの電圧値と目標電圧値との偏差に基づくＰＩ制御により、前記昇降圧コンバータを駆動するためのＰＷＭデューティ値を演算するＰＷＭデューティ演算部と、該演算されたＰＷＭデューティ値に対応して、第１及び第２ゲインを切り替えて設定するゲイン設定部とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧用スイッチング素子及び降圧用スイッチング素子を有し、負荷への電力供給の制御と、負荷より得られる回生電力の蓄電器への供給の制御とを行う昇降圧コンバータの駆動制御装置に関する。

従来より、一般的な昇降圧コンバータでは、昇圧用スイッチング素子と降圧用スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動するためのデューティ指令は、リアクトルに通流する電流の値や、出力電圧の値を用いるフィードバック系のＰＩ（Proportional Integral）制御によって導出される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１７６５６７号公報

ところで、昇降圧コンバータをフィードバック制御する場合には、昇圧動作と降圧動作の切替点に近い電流値が微小な領域において、電流の立ち上がりが遅れるため、デューティ指令に対して電流の応答が遅れるという課題がある。

このような電流応答の遅れは、図５に示すように、デューティ指令に対する電流の特性の昇圧動作と降圧動作の切替点付近に不感帯領域として現れる。この不感帯領域内では電流値が小さいため、昇圧動作又は降圧動作が適切に行われず、昇降圧コンバータと負荷の間にあるＤＣバスの電圧値が変動しやすくなる。このため、不感帯領域内でＤＣバス電圧が変動すると、ＤＣバスからモータ等の負荷に供給される電圧も変動するため、負荷を正確に制御しにくくなるという課題があった。

そこで、本発明は、昇圧動作と降圧動作の切替点付近における応答性の向上と、充電領域及び放電領域における良好な制御性の確保との両立を図った昇降圧コンバータの駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面の昇降圧コンバータの駆動制御装置は、蓄電器と、力行運転及び回生運転の双方を行う負荷との間に接続され、前記蓄電器の充放電制御を行う昇降圧コンバータの駆動制御装置であって、前記負荷と前記昇降圧コンバータとの間のＤＣバスの電圧値と目標電圧値との偏差に基づくＰＩ制御により、前記昇降圧コンバータを駆動するためのＰＷＭデューティ値を演算するＰＷＭデューティ演算部と、該演算されたＰＷＭデューティ値に対応して、第１及び第２ゲインを切り替えて設定するゲイン設定部とを含む。

また、前記第１ゲインは充電領域又は放電領域で設定され、前記第２ゲインは充放電の切替領域近傍で設定されてもよい。

また、前記昇降圧コンバータのＰＷＭデューティ値に対する電流値の特性における昇圧側の変曲点と降圧側の変曲点との間の領域は、前記ＰＷＭデューティ値に対する電流値の不感帯領域であり、前記ゲイン設定部は、前記不感帯領域のうちの昇圧側又は降圧側の領域において、前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを前記第２ゲインに設定してもよい。

また、前記ゲイン設定部は、前記ＰＷＭデューティ値が絶対値で第１ＰＷＭデューティ値以上の場合に前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを第１ゲインに設定するとともに、前記ＰＷＭデューティ値が絶対値で第２ＰＷＭデューティ値以下の場合に前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを第２ゲインに設定するように構成されており、前記第１ＰＷＭデューティ値と前記第２ＰＷＭデューティ値の間の領域では、前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを前記第１ゲインと第２ゲインとの中間値に設定してもよい。

また、前記中間値は、前記ＰＷＭデューティ値に応じて、段階的な値に設定されてもよい。

また、前記中間値は、前記ＰＷＭデューティ値に応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの間で連続的に変化するように設定されてもよい。

また、前記ゲイン設定部による前記比例ゲイン又は前記積分ゲインの設定は、昇圧側及び降圧側の両方において行われてもよい。

本発明によれば、昇圧動作と降圧動作の切替点付近における応答性の向上と、充電領域及び放電領域における良好な制御性の確保との両立を図った昇降圧コンバータの駆動制御装置を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明の昇降圧コンバータの駆動制御装置を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。この昇降圧コンバータ１０は、リアクトル１１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂ、バッテリ１３を接続するための電源接続端子１４、モータ１５を接続するための出力端子１６、一対の出力端子１６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１７、及びリアクトル電流検出部１８を備える。コンバータ１０の出力端子１６とモータ１５との間は、ＤＣバス１９によって接続される。

リアクトル１１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１４に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス９に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂは、後述する昇降圧コンバータの駆動制御装置からゲート端子にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂには、整流素子であるダイオード１２ａ及び１２ｂが並列接続される。

バッテリ１３は、昇降圧コンバータ１０を介してＤＣバス１９との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図１には、蓄電器としてバッテリ１３を示すが、バッテリ１３の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。

電源接続端子１４及び出力端子１６は、バッテリ１３及びモータ１５が接続可能な端子であればよい。電源接続端子１４及び出力端子１６には、電源電圧及び出力電圧を検出する電圧検出部１４Ａ及び１６Ａがそれぞれ配設される。電圧検出部１４Ａは、バッテリ１３の端子間電圧値(vbat_det)を検出し、電圧検出部１６Ａは、ＤＣバス１９の電圧（以下、ＤＣバス電圧：vdc_det）を検出する。

出力端子１６に接続される負荷であるモータ１５は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。図１には、直流駆動用のモータ１５を示すが、インバータを介して交流駆動されるモータであってもよい。

平滑用のコンデンサ１７は、出力端子１６の正極端子と負極端子との間に挿入され、出力電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。

リアクトル電流検出部１８は、リアクトル１１に通流する電流の値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このリアクトル電流検出部１８は、バッテリ１３に通流する電流値(ibat_det)を検出する。

［昇降圧動作］
このような昇降圧コンバータ１０において、ＤＣバス１９を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂに並列に接続されたダイオード１２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１１に発生する誘導起電力をＤＣバス１９に供給する。これにより、ＤＣバス１９が昇圧される。

また、ＤＣバス１９を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂを介して、モータ１５によって発生される回生電力をＤＣバス１９からバッテリ１３に供給する。これにより、ＤＣバス１９に蓄積された電力がバッテリ１３に充電され、ＤＣバス１９が降圧される。

ところで、モータ１５の力行運転及び回生運転に際しては、力行運転に必要な電力はＤＣバス１９からモータ１５に供給されるとともに、回生運転によって得られる電力はモータ１５からＤＣバス１９に供給されるため、ＤＣバス１９の電圧値は変動する。

しかしながら、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置によれば、以下で説明する制御手法によって昇圧動作と降圧動作の切替点付近における応答性の向上と、充電領域及び放電領域における良好な制御性の確保との両立を図り、これによりＤＣバス１９の電圧値を一定の範囲内に保持する。

図２は、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置の回路構成を示す制御ブロック図である。この図に示すように、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御部２０は、電圧制御指令生成部２１、電圧制御部２２、ＰＷＭ指令算出部２３、及び昇降圧切替制御部２４を含む。

電圧制御指令生成部２１、電圧制御部２２、ＰＷＭ指令算出部２３、及び昇降圧切替制御部２４は、ＤＣバス電圧値(vdc_det)とＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)との偏差に基づくＰＩ制御により昇降圧コンバータ１０を駆動するための駆動指令を生成するフィードバックループを形成する。

なお、バッテリ電流値(ibat_det)は、バッテリ１３からＤＣバス１９へ流れる方向を正とする。

［各部の説明］
電圧制御指令生成部２１は、ＤＣバス１９の目標電圧となるＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)を出力する。モータ１５の駆動開始前におけるＤＣバス電圧は０（Ｖ）であるため、このＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)は、モータ１５の駆動開始により０（Ｖ）から徐々に上昇し、モータ１５の駆動が立ち上がってＤＣバス電圧が所定値を超えると、一定値に保持されるように設定されている。ＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)は、電圧制御部２２に入力される。

電圧制御部２２は、ＤＣバス電圧値(vdc_det)をＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)に近づけるように（すなわち、この偏差を小さくするように）ＰＩ制御を行い、そのために必要な電圧制御指令(datl)を演算する。生成された電圧制御指令(datl)は、ＰＷＭデューティ演算部としてのＰＷＭ指令算出部２３に入力される。

ＰＷＭ指令算出部２３は、電圧制御指令(datl)をＰＷＭ制御に必要なデューティ値を表すＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に変換するための算出処理を行う。算出されたＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)は、昇降圧切替制御部２４に入力される。

昇降圧切替制御部２４は、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)をＰＷＭデューティ値であるデューティ指令値(pwm_ref)に変換する。このデューティ指令値(pwm_ref)は、昇降圧コンバータ１０の昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂを駆動するためのＰＷＭデューティを表す値（％）である。

ここで、デューティ指令値(pwm_ref)は、昇圧用の値に正の符号を付し、降圧用の値に負の符号を付して昇降圧用の値を区別する。このため、昇降圧切替制御部２４は、デューティ指令値(pwm_ref)が正の値である場合は、デューティ指令値(pwm_ref)を昇圧用ＩＧＢＴ１２Ａに送り、デューティ指令値(pwm_ref)が負の値である場合は、デューティ指令値(pwm_ref)を降圧用ＩＧＢＴ１２Ｂに送る。

図３は、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置に含まれる電圧制御部２２の構成を示すブロック図である。

電圧制御部２２は、加算器１０１、リミッタ１０２、比例ゲイン操作量演算部１０３、リミッタ１０４、加算器１０５、リミッタ１０６、ゲイン設定部１０７、積分時間操作量演算部１０８、加算器１０９、及びリミッタ１１０を含む。

加算器１０１は、ＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)とＤＣバス電圧値(vdc_det)との偏差(dev)を算出する。ＤＣバス目標電圧値(vdc_ref)は、図２に示す電圧制御指令生成部２１から入力され、ＤＣバス電圧値(vdc_det)は、電圧検出部１６Ａから符号が反転されて入力される。

リミッタ１０２は、加算器１０１から入力される偏差(dev)を制限する制限特性を有しており、所定の制限値以下に制限して偏差(dev)を出力する。この偏差(dev)は、比例ゲイン操作量演算部１０３に入力される。

比例ゲイン操作量演算部１０３は、リミッタ１０２から入力される偏差(dev)と、ゲイン設定部１０７から入力される比例ゲイン(P)とを乗じて操作量(vdc_p)を演算する。この操作量(vdc_p)はリミッタ１０４に入力される。

リミッタ１０４は、比例ゲイン操作量演算部１０３から入力される操作量(vdc_p)を制限する制限特性を有しており、所定の制限値以下に制限して操作量(vdc_p)を出力する。リミッタ１０４を経た操作量(vdc_p)は、加算器１０５に入力される。

加算器１０５は、リミッタ１０４から入力される操作量(vdc_p)と、リミッタ１１０から入力される操作量(vdc_i)とを加算して電圧制御指令(datl)を出力する。この電圧制御指令(datl)は、リミッタ１０６に入力される。

リミッタ１０６は、加算器１０５から入力される電圧制御指令(datl)を制限する制限特性を有しており、所定の制限値以下に制限して電圧制御指令(datl)を出力する。リミッタ１０６から出力される電圧制御指令(datl)は、電圧制御部２２の出力として図２に示すＰＷＭ指令算出部２３に入力される。

ゲイン設定部１０７は、ＤＣバス電圧値(vdc_det)、バッテリ１３の端子間電圧値(vbat_det)、及びＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に基づき、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値を設定する。ＤＣバス電圧値(vdc_det)は、電圧検出部１６Ａから入力され、端子間電圧値(vbat_det)は、電圧検出部１４Ａから入力される。また、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)は、ＰＷＭ指令算出部２３の出力がフィードバックされて入力される。なお、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の設定手法については図４を用いて後述する。

積分時間操作量演算部１０８は、リミッタ１０２から入力される偏差(dev)と、ゲイン設定部１０７から入力される積分ゲイン(I)とを乗じて微小操作量(Δvdc_i)を演算する。この微小操作量(Δvdc_i)は、積分演算の微小値として加算器１０９に入力される。

加算器１０９は、積分時間操作量演算部１０８から入力される微小操作量(Δvdc_i)と、リミッタ１１０から入力される操作量(vdc_i)とを加算して操作量(vdc_i)を算出する。この演算処理は繰り返し実行されるため、リミッタ１１０から加算器１０９に入力される操作量(vdc_i)は、前回の演算結果であり、加算器１０９から出力される操作量(vdc_i)が今回の演算結果となる。この加算処理を繰り返すことにより、ＰＩ制御における積分演算が実現される。加算器１０９から出力される操作量(vdc_i)はリミッタ１１０に入力される。

リミッタ１１０は、加算器１０９から入力される操作量(vdc_i)を制限する制限特性を有しており、所定の制限値以下に制限して操作量(vdc_i)を出力する。リミッタ１１０から出力される操作量(vdc_i)は、加算器１０５に入力されるとともに、次回の積分演算のために前回値として加算器１０９に入力される。

図４は、実施の形態１の昇降圧コンバータの駆動制御装置における比例ゲイン及び積分ゲインの設定に用いる特性を示す図である。比例ゲイン及び積分ゲインの設定は、電圧制御部２２内のゲイン設定部１０７によって実行される。

この図４には、比例ゲイン及び積分ゲインの設定に用いる特性を昇降圧コンバータの電流特性とともに示す。電流特性の横軸はＰＷＭデューティ値を表し、比例ゲイン及び積分ゲインの設定特性の横軸はＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)を表すが、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)は昇降圧切替制御部２４でＰＷＭデューティ値であるデューティ指令値(pwm_ref)に変換されるため、電流特性と比例ゲイン及び積分ゲインの設定に用いる特性の横軸は実質的に同一である。

また、横軸において、原点より右側が昇圧側、左側が降圧側となる。昇圧側の変曲点と降圧側の変曲点との間は昇降圧コンバータの電流の不感帯領域である。この電流特性に示すように、実際には不感帯領域内でも微弱な電流は通流するが、不感帯領域よりも右側の領域を放電領域（バッテリ１３が放電を行い、ＤＣバス１９の電圧値を昇圧する動作領域）、不感帯領域よりも左側の領域を充電領域（ＤＣバス１９の電圧値を降圧し、バッテリ１３を充電する動作領域）と称す。

ゲイン設定部１０７は、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に応じて比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)を第１ゲインと第２ゲインとで切り替える。

具体的には、昇圧側では、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がA1以上であるときは、第１ゲインとして、比例ゲイン(P)をP_up1に設定するとともに積分ゲイン(I)をI_up1に設定し、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がA2以下であるときは、比例ゲイン(P)をP_up2に設定するとともに積分ゲイン(I)をI_up2に設定する。P_up2はP_up1の数十倍の値をとり、I_up2はI_up1の数十倍の値をとる。

また、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がA2からA1の間であるときは、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に応じて比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値を設定する。図４に示すように、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がA2からA1の間では、比例ゲイン(P)の値は、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に応じて、P_up2とP_up1との間で比例配分される値となる。同様に、積分ゲイン(I)は、I_up2とI_up1との間で比例配分される値となる。

なお、P_up1とI_up1は、従来の昇降圧コンバータのようにゲインの変更を行わない場合の比例ゲイン及び積分ゲインと同一の通常値である。これに対して、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置では、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)が絶対値で小さい低負荷領域において、第２ゲインとして、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値をP_up2及びI_up2という大きな値に設定する。

ここで、昇圧側の変曲点を表すＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)の値は、ＤＣバス電圧値とバッテリ１３の端子間電圧値との比によって求められ、図４においてはduty_upは、次式で与えられる。

duty_up＝1−(vbat_det)/(vdc_det)
このduty_upを用いると、A1及びA2の値は以下の式で与えられる。

A1＝duty_up1＝duty_up×PWM_up1＝{1−(vbat_det)/(vdc_det)}×PWM_up1
A2＝duty_up2＝duty_up×PWM_up2＝{1−(vbat_det)/(vdc_det)}×PWM_up2
ここで、PWM_up1とPWM_up2は、A1とA2の値が不感帯領域内に収まるように決定するための百分率を示す値であり、それぞれ、９５〜７０％と５〜３０％に設定される。すなわち、A1とA2の値は、それぞれ、昇圧側の変曲点を表すduty_upの値の９５〜７０％と５〜３０％の値となる。

なお、昇圧側の変曲点を表すduty_upの値は、ＤＣバス電圧値(vdc_det)とバッテリ１３の端子間電圧値(vbat_det)の値の変動によって変化する。また、A1、A2の値はduty_upの値に応じて変動するが、不感帯領域内に収まるように予め設定された値A1とA2により、図４に示すように比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)が増大する領域は、常に不感帯領域の中に収まる。このため、不感帯領域よりも外側に位置する放電領域では、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)は、常に通常値であるP_up1及びI_up1に設定されるため、放電領域において比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)が増大されることはない。

同様に、降圧側では、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がB1以下であるときは、第１ゲインとして、比例ゲイン(P)をP_dw1に設定するとともに積分ゲイン(I)をI_dw1に設定し、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がB2以上であるときは、比例ゲイン(P)をP_dw2に設定するとともに積分ゲイン(I)をI_dw2に設定する。P_dw2はP_dw1の数十倍の値をとり、I_dw2はI_dw1の数十倍の値をとる。

また、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がB2からB1の間であるときは、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に応じて比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値を設定する。図４に示すように、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がB2からB1の間では、比例ゲイン(P)の値は、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)に応じて、P_dw2とP_dw1との間で比例配分される値となる。同様に、積分ゲイン(I)は、I_dw2とI_dw1との間で比例配分される値となる。

なお、P_dw1とI_dw1は、従来の昇降圧コンバータのようにゲインの変更を行わない場合の比例ゲイン及び積分ゲインと同一の通常値である。これに対して、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置では、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)が絶対値で小さい低負荷領域において、第２ゲインとして、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値をP_dw2及びI_dw2という大きな値に設定する。

また、本実施の形態では、降圧側におけるP_dw1、I_dw1、P_dw2、I_dw2は、昇圧側におけるP_up1、I_up1、P_up2、I_up2の各値と同一である。

ここで、降圧側の変曲点を表すＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)の値duty_dwは、次式で与えられる。

duty_dw＝−(vbat_det)/(vdc_det)
このため、duty_dwを用いると、Ｂ1及びＢ2の値は以下の式で与えられる。

B1＝duty_dw1＝duty_dw×PWM_dw1＝−(vbat_det)/(vdc_det)×PWM_dw1
B2＝duty_dw2＝duty_dw×PWM_dw2＝−(vbat_det)/(vdc_det)}×PWM_dw2
ここで、PWM_dw1とPWM_dw2は、B1とB2の値が不感帯領域内に収まるように決定するための百分率を示す値であり、それぞれ、９５〜７０％と５〜３０％に設定される。すなわち、B1とB2の値は、それぞれ、降圧側の変曲点を表すduty_dwの値の９５〜７０％と５〜３０％の値となる。

なお、降圧側の変曲点を表すduty_dwの値は、ＤＣバス電圧値(vdc_det)とバッテリ１３の端子間電圧値(vbat_det)の値の変動によって変化するが、B1、B2の値はduty_dwの値に応じて変動するため、図４に示すように比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)が増大する領域は、常に不感帯領域の中に収まる。このため、不感帯領域よりも外側に位置する充電領域では、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)は、常に通常値であるP_dw1及びI_dw1に設定されるため、充電領域において比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)が増大されることはない。

このように、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置によれば、ＰＷＭデューティ値に対して電流の応答性が低下する不感帯領域内の充放電の切り替え領域付近では、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)を増大するので、不感帯領域における応答性を向上させることができる。

また、不感帯領域の外側にある放電領域及び充電領域では、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)は通常値に設定されるので、放電領域及び充電領域における良好な制御性を確保することができる。

従来は、不感帯領域内でＤＣバス電圧が変動すると、ＤＣバスからモータ等の負荷に供給される電圧も変動するため、負荷を正確に制御しにくくなるという課題があった。

また、このような不感帯領域内における応答性を向上させるためにＰＩ制御のゲインを増大させると、不感帯領域以外の充電領域及び放電領域ではゲインが高すぎるため、ＤＣバス電圧値が発振してしまい、制御性が低下するという課題があった。

しかしながら、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置によれば、ＰＷＭデューティ値に対して電流の応答性が低下する不感帯領域内だけで比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)を増大するので、不感帯領域における応答性を向上させることができる。

また、図４に示すように、特に低負荷領域（ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)が絶対値で小さい領域）で比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)の値を大きく設定しているので、低負荷領域における応答性を飛躍的に向上させることができる。

また、同時に、放電領域及び充電領域における良好な制御性を確保することができる。

この結果、昇圧動作と降圧動作の切替点付近の低電流領域における電流の応答性を向上させることができ、これによりＤＣバス電圧値(vdc_det)を大きく変動させることなく一定の範囲内に保持することができる。

以上のように、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置によれば、昇圧動作と降圧動作の切替点付近における低電流領域での電流応答性を改善し、これによりＤＣバス１９の電圧値を一定の範囲内に保持し、過電圧による負荷のドライバの損傷を抑制でき、負荷の制御性を良好な状態に保持することができる。

以上では、図４に示すように、ＰＷＭ電圧指令値(pwm_v)がA2からA1の間とB2からB1の間とにおいて、比例ゲイン(P)及び積分ゲイン(I)が線形的に比例配分される特性を用いる形態について説明したが、線形的に比例配分される特性に限定されるものではなく、曲線的に変化する特性やステップ状に変化する特性であってもよい。

また、以上では、昇圧側におけるP_up1、I_up1、P_up2、I_up2は、降圧側におけるP_dw1、I_dw1、P_dw2、I_dw2の各値と同一である形態について説明したが、昇圧側と降圧側で異なる値を用いてもよい。

以上では、出力端子１６に直流駆動のモータ１５を直接接続する形態について説明したが、これに代えて、出力端子１６にインバータを介して交流駆動されるモータを接続してもよい。

なお、本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置の制御部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

また、以上では、ＰＩ制御を用いる形態について説明したが、制御方式はＰＩ制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

本実施の形態の昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。 本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置の回路構成を示す制御ブロック図である。 本実施の形態の昇降圧コンバータの駆動制御装置に含まれる電圧制御部２２の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の昇降圧コンバータの駆動制御装置における比例ゲイン及び積分ゲインの設定に用いる特性を示す図である。 従来の昇降圧コンバータの駆動制御装置におけるＰＷＭデューティに対する電流の変化量を表す図である。

符号の説明

１０ 昇降圧コンバータ
１１ リアクトル
１２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
１２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
１３ バッテリ
１４ 電源接続端子
１５ モータ
１６ 出力端子
１７ コンデンサ
１８ リアクトル電流検出部
１９ ＤＣバス
２０ 駆動制御部
２１ 電圧制御指令生成部
２２ 電圧制御部
２３ ＰＷＭ指令算出部
２４ 昇降圧切替制御部
１０１ 加算器
１０２ リミッタ
１０３ 比例ゲイン操作量演算部
１０４ リミッタ
１０５ 加算器
１０６ リミッタ
１０７ ゲイン設定部
１０８ 積分時間操作量演算部
１０９ 加算器
１１０ リミッタ

Claims (7)

1. 蓄電器と、力行運転及び回生運転の双方を行う負荷との間に接続され、前記蓄電器の充放電制御を行う昇降圧コンバータの駆動制御装置であって、
   前記負荷と前記昇降圧コンバータとの間のＤＣバスの電圧値と目標電圧値との偏差に基づくＰＩ制御により、前記昇降圧コンバータを駆動するためのＰＷＭデューティ値を演算するＰＷＭデューティ演算部と、
   該演算されたＰＷＭデューティ値に対応して、第１及び第２ゲインを切り替えて設定するゲイン設定部と
   を含む、昇降圧コンバータの駆動制御装置。
2. 前記第１ゲインは充電領域又は放電領域で設定され、前記第２ゲインは充放電の切替領域近傍で設定される、請求項１に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。
3. 前記昇降圧コンバータのＰＷＭデューティ値に対する電流値の特性における昇圧側の変曲点と降圧側の変曲点との間の領域は、前記ＰＷＭデューティ値に対する電流値の不感帯領域であり、
   前記ゲイン設定部は、前記不感帯領域のうちの昇圧側又は降圧側の領域において、前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを前記第２ゲインに設定する、請求項１又は２に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。
4. 前記ゲイン設定部は、前記ＰＷＭデューティ値が絶対値で第１ＰＷＭデューティ値以上の場合に前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを第１ゲインに設定するとともに、前記ＰＷＭデューティ値が絶対値で第２ＰＷＭデューティ値以下の場合に前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを第２ゲインに設定するように構成されており、
   前記第１ＰＷＭデューティ値と前記第２ＰＷＭデューティ値の間の領域では、前記比例ゲイン又は前記積分ゲインを前記第１ゲインと第２ゲインとの中間値に設定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。
5. 前記中間値は、前記ＰＷＭデューティ値に応じて、段階的な値に設定される、請求項４に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。
6. 前記中間値は、前記ＰＷＭデューティ値に応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの間で連続的に変化するように設定される、請求項４に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。
7. 前記ゲイン設定部による前記比例ゲイン又は前記積分ゲインの設定は、昇圧側及び降圧側の両方において行われる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の昇降圧コンバータの駆動制御装置。

Images