JP2010200534A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電圧の制御性が改善された電圧変換装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、制御ゲインと、検出された出力電圧と指令電圧との誤差とに基づいて、フィードバック制御におけるフィードバック電圧指令を演算するＰＩＤ制御器５２３と、電圧コンバータ１２の出力に接続される負荷でのパワー消費に対する出力電圧ＶＨの電圧追従性が、コンデンサＣ２に印加される出力電圧ＶＨが変化しても均一に近づくように、出力電圧ＶＨまたは指令電圧Ｖｄｃｃｏｍに基づいてフィードバック制御部が使用する制御ゲインＰＧ，ＩＧ，ＤＧを決定するゲイン決定部５２２とを含む。
【選択図】図４

Description

この発明は、電圧変換装置に関し、特に直流電源からの直流電圧を指令電圧に変換する電圧変換装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、バッテリで車両を駆動するモータを搭載した電気自動車およびハイブリッド自動車が大きな注目を集めている。

このような電気自動車またはハイブリッド自動車においては、バッテリなどの直流電源からの直流電圧を電圧コンバータによって昇圧し、モータを駆動するインバータにその昇圧した直流電圧を供給することも検討されている（たとえば、特開２００４−８０８６４号公報など）。

特開２００４−８０８６４号公報 特開２００３−３０９９９７号公報 特開２００８−１８２８３９号公報

電圧変換装置を制御する際には、その目標電圧によって制御性（電圧変動など）が異なるため、すべての使用電圧範囲内でターゲットとする制御性に収めることが困難である。

また、フィードバック制御を用いて電圧変換装置を実現した場合、すべての使用電圧範囲内に対して同一の制御ゲインとすると、各電圧での制御性が異なる。すなわち使用条件により制御性の良し悪しが変わってしまうため、接続された負荷（モータやインバータ）の外乱（電源電圧の変動）を招き、負荷の制御性も変わってしまう。

図５は、電圧変換装置にモータおよびインバータを接続したシステム構成例を示した図である。

図５を参照して、このシステム構成例は、たとえば電気自動車等の車両に適用された例である。車両５００は、直流電源Ｂと、電圧コンバータ１２と、インバータ１４と、モータＭ１とを含む。電圧コンバータ１２は、直流電源Ｂの電圧を昇圧してインバータ１４に供給する。昇圧された電圧はコンデンサＣ２によって平滑化される。この電圧を電源電圧としてインバータ１４はモータＭ１を駆動する。

電圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ素子などのトランジスタＱ１，Ｑ２と、トランジスタＱ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

このような車両５００において、インバータ１４の入力電圧（平滑コンデンサＣ２の電圧）が変化することにより、コンデンサＣ２に蓄積されるエネルギ量が変化する。コンデンサ容量をＣ、コンデンサＣ２の電圧をＶＨで表わすと、コンデンサに蓄積されるエネルギＥはＥ＝１／２Ｃ（ＶＨ）²となる。

そのため、コンデンサ電圧ＶＨが変化すると、接続されている負荷（たとえばモータ）のパワー変動が与える影響が異なってくる。すなわち同じパワー変動によっても、コンデンサ電圧ＶＨが異なると電圧変動量が異なる。

また、電圧コンバータ内部のスイッチング素子のデッドタイムが出力電圧に与える影響もその出力電圧によって異なってくる。

図６は、デッドタイムとリアクトル電流の関係を説明するための波形図である。
図６には、デューティー指令信号、トランジスタＱ１の導通指令信号、トランジスタＱ２の導通指令信号、リアクトル電流ＩＬ（ＩＬが正のとき）、リアクトル電流ＩＬ（ＩＬが負のとき）の各波形が上から順に示されている。

図５、図６を参照して、デューティー指令信号に基づいてトランジスタＱ１の導通指令信号およびトランジスタＱ２の導通指令信号が生成される。トランジスタＱ１を電圧コンバータ１２の上アームとも呼び、トランジスタＱ２を電圧コンバータ１２の下アームとも呼ぶ。

トランジスタＱ１とトランジスタＱ２とが同時に導通すると、コンデンサＣ２の電圧すなわち電圧コンバータ１２によって昇圧された電源電圧が短絡状態となるので、これを防止するために、トランジスタＱ１およびＱ２がともにオフ状態となるようなデッドタイムｔｄが設けられている。

リアクトル電流ＩＬは、下アームであるトランジスタＱ２がオン状態のときには増加し、上アームであるトランジスタＱ１がオン状態であるときには減少する。ここでデッドタイムｔｄにおいては、トランジスタＱ１，Ｑ２がともにオフ状態となっているのだが、リアクトルＬ１に流れるリアクトル電流ＩＬの正の向きを図５の矢印の向きとすると、リアクトル電流ＩＬが正であるか負であるかによってダイオードＤ１またはＤ２のいずれかが導通することとなる。

このため、ＩＬ＞０の状態では、デッドタイムでは上アームオン状態と同じようにリアクトル電流ＩＬが減少する。逆にＩＬ＜０の場合には、デッドタイムでは下アームオン状態と同様にリアクトル電流ＩＬは増加する。この波形の違いが図６の２つのリアクトル波形に示されている。

このデッドタイムにおける出力電圧の上昇分または下降分の影響は、電圧コンバータの出力電圧が異なると変化する。すなわち昇圧率ＶＨ／ＶＬが大きい方が、デッドタイムの影響が大きくなり、出力電圧の上昇量および下降量も大きくなる。

また、電圧コンバータのリアクトル電流ＩＬが０を通過するとき、トランジスタＱ１，Ｑ２のデッドタイムの影響によりコンデンサＣ２のみに負荷電力が充電または放電され、電圧が上昇または下降することがある。

図７は、リアクトル電流ＩＬが０を通過する場合のコンデンサ電圧ＶＨの変化について説明するための図である。

図７において、リアクトル電流ＩＬが増減を繰返しながら次第に減少し、０Ａを通過すなわち正から負に変化した場合の波形が示されている。この場合、リアクトル電流が正の場合または負の場合には、図６で示したようにダイオードが導通するのでデッドタイムにおいてもリアクトル電流は流れる。しかし、リアクトル電流がちょうど０Ａであるときにちょうどデッドタイムが重なるとダイオードＤ１，Ｄ２のいずれも導通しない。このため、図５のインバータ１４で消費されるパワーはその間コンデンサＣ２のみから供給されることになる。

逆にモータＭ１で回生が発生しインバータ１４から直流電源Ｂに向けて充電が起こっている場合には、図７に示すようにリアクトル電流が０Ａでかつデッドタイムの間は、直流電源Ｂに充電されず、コンデンサＣ２にその分の電力が充電され電圧ＶＨが上昇することとなる。

このように電圧コンバータのリアクトル電流が０を通過するときには、デッドタイムの影響により電圧ＶＨの上昇または下降が顕著になる場合がある。

以上説明したように、電圧ＶＨの値によって負荷のパワー変動による電圧変動量が異なったりデッドタイムが電圧変動に与える影響が異なったりするので、コンデンサ電圧値ＶＨによって接続負荷の制御性が変わってしまう。たとえばハイブリッド車両の場合には、状況に応じて駆動力が変動してしまうなどの悪影響が考えられる。

この発明の目的は、出力電圧の制御性が改善された電圧変換装置を提供することである。

この発明は、要約すると、出力電圧を指令電圧に一致させるように直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置であって、直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する電圧変換器と、出力電圧を検出する電圧センサと、出力電圧を平滑化するコンデンサと、電圧センサによって検出された出力電圧と指令電圧とに基づいて、指令電圧に対する出力電圧のフィードバック制御を行なうことにより出力電圧が指令電圧に一致するように電圧変換器を制御する制御手段とを備える。制御手段は、制御ゲインと、検出された出力電圧と指令電圧との誤差とに基づいて、フィードバック制御におけるフィードバック電圧指令を演算するフィードバック制御部と、電圧変換器の出力に接続される負荷でのパワー消費に対する出力電圧の電圧追従性が、コンデンサに印加される出力電圧が変化しても均一に近づくように、出力電圧または指令電圧に基づいてフィードバック制御部が使用する制御ゲインを決定するゲイン決定部とを含む。

この発明によれば、電圧変換装置の出力電圧の一定の制御性を確保し、これに接続される負荷の制御性も確保することができる。

この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の構成を示す回路図である。 制御装置３０の機能ブロック図である。 モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。 図３に示すフィードバック電圧指令演算部およびデューティー比変換部の機能を説明するための機能ブロック図である。 電圧変換装置にモータおよびインバータを接続したシステム構成例を示した図である。 デッドタイムとリアクトル電流の関係を説明するための波形図である。 リアクトル電流ＩＬが０を通過する場合のコンデンサ電圧ＶＨの変化について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の構成を示す回路図である。

図１を参照して、モータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

電圧コンバータ１２は、チョッパ回路を含む。具体的には、電圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を含む。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧ＶＬを検出し、その検出した直流電圧ＶＬを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオンされる。コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を電圧コンバータ１２へ供給する。

電圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、電圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＵを受けると、信号ＰＷＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。

また、電圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。ただし、直流電源ＢからコンデンサＣ２に向けての昇圧機能のみを行なうような回路としてもよい。

コンデンサＣ２は、電圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧ＶＨを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して電圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサ１０からの直流電圧ＶＬ、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨ、および電流センサ２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により電圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ電圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

信号ＰＷＵは、電圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧ＶＨに変換する場合に電圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、電圧コンバータ１２が直流電圧ＶＬを出力電圧ＶＨに変換する場合に、出力電圧ＶＨをフィードバック制御し、出力電圧ＶＨが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように電圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＵを生成する。信号ＰＷＵの生成方法については後述する。

また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。すなわち、交流モータＭ１のＵ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ６，Ｑ８がオンされ、Ｖ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ８がオンされ、Ｗ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６がオンされる。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤを電圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオンするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ（車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている）、直流電源Ｂから出力された直流電圧ＶＬ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵと、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ電圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。

また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成して電圧コンバータ１２へ出力する。このように、電圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤにより直流電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。

図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４とを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０は、電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサ１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサ２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出すように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサ１３からの電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃｃｏｍとに基づいて、フィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。

デューティー比変換部５４は、電圧センサ１０からのバッテリ電圧ＶＬと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに基づいて、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨを、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵを生成する。そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＵを電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、電圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。

図４は、図３に示すフィードバック電圧指令演算部およびデューティー比変換部の機能を説明するための機能ブロック図である。

図４を参照して、フィードバック電圧指令演算部５２は、減算器５２１と、ゲイン決定部５２２と、ＰＩＤ制御器５２３と、前向き補償器５２５とを含む。

減算器５２１は、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃｃｏｍと、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨとを受け、出力電圧ＶＨから電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを減算する。そして、減算器５２１は、減算した結果を、誤差ΔＶＤＣとしてＰＩＤ制御器５２３へ出力する。

ゲイン決定部５２２は、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに基づいてＰＩＤ制御ゲインを決定する。つまり、ゲイン決定部５２２は、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに基づいて、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧおよび微分ゲインＤＧを決定する。そして、ゲイン決定部５２２は、決定したＰＩＤ制御ゲインをＰＩＤ制御器５２３へ出力する。

このとき、ゲイン決定部５２２は、たとえば、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに対応する各ゲインが予め定められたマップに基づいて、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧおよび微分ゲインＤＧを決定する。なお、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍに基づいてゲインを決定する代わりに、センサで検出された出力電圧ＶＨに基づいてゲインを決定するようにしてもよい。

ゲインは、電圧コンバータ１２の出力に接続される負荷（たとえばインバータ１４およびモータＭ１）でのパワー消費に対する出力電圧ＶＨの電圧追従性が、コンデンサＣ２に印加される出力電圧ＶＨが変化しても均一に近づくように予め実験的に求められてマップに格納されている。

ＰＩＤ制御器５２３は、ゲイン決定部５２２から受けたゲインＰＧ，ＩＧ，ＤＧを用いてＰＩＤ（比例積分微分）制御を行なう。

そして、前向き補償器５２５は、補償率Ｒｃｏｍを用いて補償率１−Ｒｃｏｍをさらに演算し、補償率Ｒｃｏｍ，１−Ｒｃｏｍをデューティー比変換部５４へ出力する。

デューティー比変換部５４は、デューティー比演算部５４１と、加算器５４２と、ＰＷＭ信号変換部５４３とを含む。デューティー比演算部５４１は、電圧センサ１０からのバッテリ電圧ＶＬと、ＰＩＤ制御器５２３からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨを、フィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算する。

加算器５４２は、デューティー比演算部５４１からのデューティー比と、前向き補償器５２５からの補償率Ｒｃｏｍ，１−Ｒｃｏｍとを受け、デューティー比に補償率Ｒｃｏｍ，１−Ｒｃｏｍをそれぞれ加算した２つの補償デューティー比を演算する。そして、加算器５４２は、２つの補償デューティー比をＰＷＭ信号変換部５４３へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部５４３は、加算器５４２からの２つの補償デューティー比に基づいて電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵを生成する。

そして、ＰＷＭ信号変換部５４３は、生成した信号ＰＷＵを電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。そして、電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＵに基づいてオン／オフされる。これによって、電圧コンバータ１２は、出力電圧ＶＨが電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように直流電圧ＶＬを出力電圧ＶＨに変換する。

このようにして、制御装置３０のモータトルク制御手段３０１は、外部のＥＣＵからトルク指令値ＴＲを受けると、電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨがトルク指令値ＴＲに基づいて演算された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように直流電圧ＶＬから出力電圧ＶＨへの電圧コンバータ１２における電圧変換をフィードバック制御し、トルク指令値ＴＲのトルクを交流モータＭ１が発生するようにインバータ１４を制御する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。

最後に再び図１等を参照して本願の実施の形態について総括する。本実施の形態で開示される電圧変換装置は、出力電圧が指令電圧になるように直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する。電圧変換装置は、チョッパ回路を含み直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する電圧コンバータ１２と、出力電圧を検出する電圧センサ１３と、出力電圧ＶＨを平滑化するコンデンサＣ２と、電圧センサ１３によって検出された出力電圧ＶＨと指令電圧Ｖｄｃｃｏｍとに基づいて、指令電圧に対する出力電圧のフィードバック制御を行なうことにより出力電圧が指令電圧に一致するように電圧コンバータ１２を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、制御ゲインと、検出された出力電圧と指令電圧との誤差とに基づいて、フィードバック制御におけるフィードバック電圧指令を演算するＰＩＤ制御器５２３と、電圧コンバータ１２の出力に接続される負荷でのパワー消費に対する出力電圧ＶＨの電圧追従性が、コンデンサＣ２に印加される出力電圧ＶＨが変化しても均一に近づくように、出力電圧ＶＨまたは指令電圧Ｖｄｃｃｏｍに基づいてフィードバック制御部が使用する制御ゲインＰＧ，ＩＧ，ＤＧを決定するゲイン決定部５２２とを含む。

以上説明したように、本発明の実施の形態では、電圧コンバータ１２において変換後の電圧ＶＨが異なると、コンデンサＣ２の蓄積エネルギが異なる。そのため、電圧ＶＨの値によって外部からのパワー変化に対するコンデンサ電圧の変動量が異なる。このような現象が緩和される。

すなわち制御対象電圧をフィードバック制御する場合、電圧変動量が異なる場合には、制御性を均一にするために変動量の変化を考慮したゲインで制御を行なう。

本実施の形態では、制御対象電圧値の変化に応じて、各電圧で適切な制御ゲインをゲイン決定部５２２で設定することで、制御対象電圧の制御性を確保することができる。すなわち電圧コンバータの指令電圧Ｖｄｃｃｏｍもしくは実電圧ＶＨを検出し、その電圧の大きさに従って昇圧制御ゲイン（ＰＩＤゲイン）を適切に設定することで、一定の制御性を確保することができる。またこれにより接続負荷の制御性も確保される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１３ 電圧センサ、１２ 電圧コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４ 電流センサ、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ フィードバック電圧指令演算部、５４ デューティー比変換部、１００ モータ駆動装置、３０１ モータトルク制御手段、３０２ 電圧変換制御手段、５００ 車両、５２１ 減算器、５２２ ゲイン決定部、５２３ ＰＩＤ制御器、５２５ 補償器、５４１ デューティー比演算部、５４２ 加算器、５４３ ＰＷＭ信号変換部、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ モータ、Ｑ１〜Ｑ８ トランジスタ、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (1)

1. 出力電圧を指令電圧に一致させるように直流電源からの直流電圧を前記出力電圧に変換する電圧変換装置であって、
   前記直流電圧の電圧レベルを変えて前記出力電圧を出力する電圧変換器と、
   前記出力電圧を検出する電圧センサと、
   前記出力電圧を平滑化するコンデンサと、
   前記電圧センサによって検出された前記出力電圧と前記指令電圧とに基づいて、前記指令電圧に対する前記出力電圧のフィードバック制御を行なうことにより前記出力電圧が前記指令電圧に一致するように前記電圧変換器を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   制御ゲインと、前記検出された出力電圧と前記指令電圧との誤差とに基づいて、前記フィードバック制御におけるフィードバック電圧指令を演算するフィードバック制御部と、
   前記電圧変換器の出力に接続される負荷でのパワー消費に対する前記出力電圧の電圧追従性が、前記コンデンサに印加される前記出力電圧が変化しても均一に近づくように、前記出力電圧または前記指令電圧に基づいて前記フィードバック制御部が使用する制御ゲインを決定するゲイン決定部とを含む、電圧変換装置。

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