JP2010268596A - コンバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトル電流がゼロ近傍であっても安定した電圧を出力可能なコンバータの制御装置を提供すること。
【解決手段】直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータの制御装置は、所定のデューティに基づいてコンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流の状態に応じて、デューティに対し異なるデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部と、を備え、デッドタイム補償部は、スイッチング周期内におけるリアクトル電流の最小値及び最大値の少なくともいずれか１つが０を含む所定の範囲内の値であるとき、コンバータに対する指令電圧と出力電圧の偏差に係るパラメータに応じて、所定範囲内の補償量でデューティを補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトル電流がゼロ近傍であっても安定した電圧を出力するコンバータの制御装置に関する。

図９は、直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図である。図９に示すシステムでは、直流電源１と負荷２の間に昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）３が設けられている。コンバータ３は、直流電源１の出力電圧Ｖ１を昇圧する。制御装置４は、コンバータ３を制御する。

図１０は、本発明の関連技術としての制御装置４の内部構成を示すブロック図である。図１０に示すように、制御装置４は、ＦＦ制御部１１と、ＦＢ制御部１２と、デッドタイム補償部１３と、ＰＷＭ制御部１４と、デッドタイム設定部１５とを有する。制御装置４には、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃ、及びコンバータ３に含まれるリアクトルＬを流れる電流（リアクトル電流）ＩＬの検出値が入力される。

ＦＦ制御部１１には、電圧指令Ｖ２ｃ及び直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１１は、コンバータ３が出力電圧Ｖ１から電圧指令Ｖ２ｃが示す値に昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。ＦＢ制御部１２には、電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２を示す値、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１２は、偏差ΔＶ２及び直流電源１の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。

デッドタイム補償部１３には、リアクトル電流ＩＬの検出値が入力される。デッドタイム補償部１３は、リアクトル電流ＩＬの符号に応じて異なるデッドタイム補償を行う。デッドタイム補償の詳細については後述する。ＰＷＭ制御部１４は、デッドタイム補償されたデューティに基づいて、コンバータ３を構成するトランジスタＳｗＨ，ＳｗＬのスイッチングをＰＷＭ制御する。

以下、制御装置４が行うデッドタイム補償について詳細に説明する。まず、「デッドタイム」について説明する。コンバータ３を構成する２つのトランジスタＳｗＨ，ＳｗＬは、図１１（ａ）に示すように、理想的には互いが逆論理で動作するよう制御される。しかし、実際のトランジスタ素子のオンオフ状態が切り替わる際には、ターンオン時間又はターンオフ時間が存在する。このため、コンバータ３には、トランジスタＳｗＨ，ＳｗＬの両方がオン状態となる上下短絡が発生してしまう。この状態を防ぐためには、図１１（ｃ）に示すように、いずれか一方のトランジスタがオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングで、トランジスタＳｗＨ，ＳｗＬの両方がオフ状態となる時間、すなわちデッドタイムを設定すれば良い。

しかし、デッドタイムを設定すると、スイッチング周期中の各トランジスタがオン状態となる時間（オン時間）は、図１１（ｃ）に示すように、デッドタイム分短くなる。また、図１１（ｄ）（ｅ）に示すように、中点電位基準のデューティで見ると、実際は、リアクトル電流ＩＬの向き（符号）によって図１１（ｂ）に示した中点電位基準の理想デューティとは異なるデューティが発生する。具体的には、図１１（ｄ）に示すように、リアクトル電流ＩＬ＞０のとき、中点電位がＶ２となる時間はデッドタイム分長くなる。一方、図１１（ｅ）に示すように、リアクトル電流ＩＬ＜０のとき、中点電位がＶ２となる時間はデッドタイム分短くなる。

このように、デッドタイム（ｕ_Ｄ）を設定した際のデューティ（図２中のｕ_ＳＤ）は理想デューティ（ｕ_Ｓ）と相違する。この相違はコンバータ３の制御性の低下につながり、最終的にはコンバータ３の出力電圧の変動を招く。したがって、デッドタイムを設定する際、制御装置４は、以下説明する「デッドタイム補償」を行う。デッドタイム補償を行う制御装置４は、図１２（ｃ）（ｄ）に示すように、リアクトル電流ＩＬの向き（符号）に応じて、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤにデッドタイム補償デューティｕ_Ｃを加算（プラス補償）若しくは減算（マイナス補償）したデューティ又は無補償のデューティｕ_ＳＤを指令デューティｕとして導出する。その結果、図１２（ｅ）に示すように、中点電位基準のデューティは常に図１１（ｂ）に示す理想のデューティと等しくなる。なお、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤとは、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）をＦＢ制御部１２が導出した補正値（Duty_FB）によって補正した理想デューティｕ_Ｓからデッドタイム分のデューティを減算した値である。また、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃのスカラー量は、「デッドタイム／スイッチング周期×１００」によって求められる。上記説明したデッドタイム補償を示す表を図１３に示す。

なお、コンバータ３が動作中のリアクトル電流ＩＬは、トランジスタＳｗＨ，ＳｗＬがスイッチング制御されるため、図１４に示すようにリプルする。したがって、リプルするリアクトル電流ＩＬのスイッチング周期内におけるボトム値をＩＬｂ、ピーク値をＩＬｔとすると、ＩＬ＞０をＩＬｂ＞０（図１４（ａ）の場合）、ＩＬ＝０をＩＬｔ＞０＞ＩＬｂ（図１４（ｂ）の場合）、ＩＬ＜０をＩＬｔ＜０（図１４（ｃ）の場合）の各条件で表すことができる。したがって、図１３に示した表は、リアクトル電流ＩＬがリプルするため、図１５のように表される。なお、図１５に示した表の関係を表す概念図を図１６に示す。

特開２０００−２９５８６９号公報

しかし、上記説明した制御装置４が行うデッドタイム補償では、リアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ又はピーク値ＩＬｔがゼロ近傍であると、スイッチング周期単位でのリアクトル電流ＩＬの変動又はリアクトル電流ＩＬを検出するセンサの応答性や検出精度等の影響を受けて、リアクトル電流条件が切り替わる場合がある。例えば、図１７（ａ）に示すように、リアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂが０よりわずかに大きいとき、上記表によればＩＬｂ＞０の条件を満たすため、制御装置４はプラス補償を行う。しかし、ボトム値ＩＬｂが０以下になるとリアクトル電流条件は切り替わるため、制御装置４はプラス補償から無補償に切り替える。したがって、ボトム値ＩＬｂがゼロ値を挟んで上下するリアクトル電流ＩＬの場合、制御装置４は、プラス補償と無補償を切り替えることになる。

図１７（ｂ）に示した例についても同様に、リアクトル電流ＩＬのピーク値ＩＬｔが０よりわずかに小さいとき、上記表によればＩＬｔ＜０の条件を満たすため、制御装置４はマイナス補償を行う。しかし、ピーク値ＩＬｔが０以上になるとリアクトル電流条件は切り替わるため、制御装置４はマイナス補償から無補償に切り替える。したがって、ピーク値ＩＬｔがゼロ値を挟んで上下するリアクトル電流ＩＬの場合、制御装置４は、マイナス補償と無補償を切り替えることになる。

制御装置４が、このようにしてデッドタイム補償を切り替えると指令デューティが変化する。しかし、リアクトル電流ＩＬを検出するセンサの応答性や検出精度等の影響を受けた値に応じてデッドタイム補償が切り替わるとき、指令デューティは、リアクトル電流ＩＬの実際の値に即したデューティとはならない場合がある。この場合、コンバータ３の出力電圧が変動してしまう。

なお、特許文献１に開示されている発明では、補償信号発生器４２が、負荷電流に応じてランプ状に補償量を調整しており、負荷電流の極性を判別する際の誤差等による逆補償の影響を緩和している。しかし、必要な補償量を付加できない場合も発生するため、チョッパ１０の出力電圧の変動を必ずしも抑制できるとは限らない。

本発明の目的は、リアクトル電流がゼロ近傍であっても安定した電圧を出力可能なコンバータの制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のコンバータの制御装置は、直流電源（例えば、実施の形態での直流電源１）の出力電圧（例えば、実施の形態での出力電圧Ｖ１）を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータ（例えば、実施の形態でのコンバータ３）の制御装置（例えば、実施の形態での制御装置１００）であって、所定のデューティに基づいて前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部（例えば、実施の形態でのＰＷＭ制御部１１３）と、前記コンバータに含まれるリアクトル（例えば、実施の形態でのリアクトルＬ）を流れるリアクトル電流（例えば、実施の形態でのリアクトル電流ＩＬ）の状態に応じて、前記デューティに対し異なるデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部（例えば、実施の形態でのデッドタイム補償部１１１）と、を備え、前記デッドタイム補償部は、スイッチング周期内における前記リアクトル電流の最小値（例えば、実施の形態でのボトム値ＩＬｂ）及び最大値（例えば、実施の形態でのピーク値ＩＬｔ）の少なくともいずれか１つが０を含む所定の範囲（例えば、実施の形態での−α〜＋α）内の値であるとき、前記コンバータに対する指令電圧（例えば、実施の形態での指令電圧Ｖ２ｃ）と出力電圧（例えば、実施の形態での出力電圧Ｖ２）の偏差（例えば、実施の形態での偏差ΔＶ２）に係るパラメータに応じて、所定範囲内の補償量で前記デューティを補償することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記補償量は、正の所定値から負の所定値の範囲内の値であることを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デッドタイム補償部は、前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最小値が前記所定の範囲内の値であり、かつ、前記最大値が前記所定の範囲外の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて前記正の所定値又は０に切り替え、前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最大値が前記所定の範囲内の値であり、かつ、前記最小値が前記所定の範囲外の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて０又は前記負の所定値に切り替えることを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記デッドタイム補償部は、前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最小値及び前記最大値が前記所定の範囲内の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて前記正の所定値又は前記負の所定値に切り替えることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明のコンバータの制御装置では、前記リアクトル電流の前記所定の範囲は、前記リアクトル電流が前記リアクトルを流れたときに前記指令電圧と前記出力電圧の偏差が最小となる値であることを特徴としている。

請求項１〜５に記載の発明のコンバータの制御装置によれば、リアクトル電流がゼロ近傍であってもコンバータは安定した電圧を出力できる。

直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図 図１に示した制御装置１００の内部構成を示すブロック図 リアクトル電流条件と本実施形態のデッドタイム補償の内容及び指令デューティを示す表 リアクトル電流条件とデッドタイム補償の関係を示す概念図 ボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔがそれぞれ−α〜＋αの範囲に含まれるリアクトル電流ＩＬを示すグラフ 一実施形態の制御装置１００の動作を示すフローチャート モード２、モード４又はモード６と決定された場合に一実施形態の制御装置１００が行うデッドタイム補償を示すフローチャート 昇降圧コンバータ３を含むシステム構成を示す図 直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図 本発明の関連技術としての制御装置１００の内部構成を示すブロック図 （ａ）理想デューティ、（ｂ）理想上下素子間中点電位、（ｃ）デッドタイム設定時デューティ、（ｄ）リアクトル電流ＩＬが０より大きい場合のデッドタイム設定時の上下素子間中点電位、及び（ｅ）リアクトル電流ＩＬが０より小さい場合のデッドタイム設定時の上下素子間中点電位を示す図 （ａ）理想デューティ、（ｂ）デッドタイム設定時デューティ、（ｃ）リアクトル電流ＩＬが０より大きい場合のデッドタイム補償時デューティ、（ｄ）リアクトル電流ＩＬが０より小さい場合のデッドタイム補償時デューティ、及び（ｅ）デッドタイム補償時の上下素子間中点電位を示す図 リアクトル電流条件に応じた従来のデッドタイム補償の内容及び指令デューティを示す表 デッドタイム設定時デューティ、及びリプルするリアクトル電流ＩＬの変移を示す図 リアクトル電流条件に応じた従来のデッドタイム補償の内容及び指令デューティを示す表 リアクトル電流条件と従来のデッドタイム補償の内容の関係を示す概念図 デッドタイム設定時デューティ、及びボトム値又はピーク値がゼロ近傍のリアクトル電流ＩＬの変移を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図である。なお、図１において、図９と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図１に示すシステムでは、図９に示したシステムと同様に、蓄電池等の直流電源１と負荷２の間に昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）３が設けられている。コンバータ３は、直流電源１の出力電圧Ｖ１を昇圧する。制御装置１００は、コンバータ３を制御する。

当該システムには、直流電源１の出力電圧Ｖ１を検出する電圧センサ５と、コンバータ３の出力電圧Ｖ２を検出する電圧センサ６と、コンバータ３に含まれるリアクトルＬを流れる電流（リアクトル電流）ＩＬを検出する電流センサ７とが設けられている。電圧センサ５，６及び電流センサ７によって検出された値を示す信号は制御装置１００に送られる。また、コンバータ３に対する電圧指令Ｖ２ｃも、外部から制御装置１００に入力される。

図２は、図１に示した制御装置１００の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１００は、ＦＦ制御部１１と、ＦＢ制御部１２と、デッドタイム設定部１５と、デッドタイム補償部１１１と、ＰＷＭ制御部１１３と、補償閾値学習部１１５と、補償閾値記憶部１１７とを有する。ＦＦ制御部１１には、電圧指令Ｖ２ｃ及び直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１１は、コンバータ３が出力電圧Ｖ１から電圧指令Ｖ２ｃが示す値に昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。

ＦＢ制御部１２には、電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２を示す値、直流電源１の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１２は、偏差ΔＶ２及び直流電源１の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。

デッドタイム補償部１１１には、電圧指令Ｖ２ｃ、コンバータ３の出力電圧Ｖ２の検出値、及びリアクトル電流ＩＬの検出値が入力される。デッドタイム補償部１１１は、リアクトル電流ＩＬの状態に応じて、デューティに対し異なるデッドタイム補償を行う。本実施形態のデッドタイム補償の詳細については後述する。ＰＷＭ制御部１１３は、デッドタイム補償されたデューティに基づいて、コンバータ３を構成するトランジスタＳｗＨ，ＳｗＬのスイッチングをＰＷＭ制御する。

補償閾値学習部１１５は、制御装置１００がリアクトル電流ＩＬに応じてデッドタイム補償の内容を決定する際のリアクトル電流条件に用いられる閾値αを決定する。なお、α＞０である。また、補償閾値学習部１１５は、スイッチング周期内におけるリアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔがそれぞれ−α〜＋αの範囲に含まれる際に、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃに乗算する係数βを決定する。なお、０＜β≦１である。補償閾値学習部１１５は、制御装置１００の初期設定時のみ動作し、決定した閾値α及び係数βを補償閾値記憶部１１７に記録する。補償閾値記憶部１１７は、補償閾値学習部１１５が決定した閾値α及び係数βを記憶する。

以下、本実施形態の制御装置１００が行うデッドタイム補償について詳細に説明する。本実施形態のデッドタイム補償を行う制御装置１００は、スイッチング周期内におけるリアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔの少なくともいずれか１つの値に応じて、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤにデッドタイム補償デューティｕ_Ｃを加算（プラス補償）若しくは減算（マイナス補償）したデューティ又は無補償のデューティｕ_ＳＤを指令デューティｕとして導出する。なお、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤとは、ＦＦ制御部１１が導出したデューティ（Duty_FF）をＦＢ制御部１２が導出した補正値（Duty_FB）によって補正した理想デューティｕ_Ｓからデッドタイム分のデューティを減算した値である。また、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃは、「デッドタイム／スイッチング周期×１００」によって求められる。

図３は、リアクトル電流条件と本実施形態のデッドタイム補償の内容及び指令デューティを示す表である。また、図４は、リアクトル電流条件とデッドタイム補償の関係を示す概念図であり、（ａ）図１６に示した従来の場合及び（ｂ）本実施形態の場合をそれぞれ示す。なお、閾値αは、図３に示したモード１〜５の各リアクトル電流条件を満たすリアクトル電流を流した際に、電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２の絶対値が最小となる、０より大きな値である。また、図３のモード６に示された係数βは、モード６のリアクトル電流条件を満たすリアクトル電流を流した際に偏差ΔＶ２の絶対値が最小となる、０より大きく１以下の値である。上述したように、閾値α及び係数βは、制御装置１００の初期設定時に補償閾値学習部１１５によって決定され、補償閾値記憶部１１７に記録されている。

以下、図３及び図４に示されるモード１〜５の各デッドタイム補償の内容について説明する。
・モード１（ＩＬｂ＞＋α）のとき：
制御装置１００が行うデッドタイム補償はプラス補償である。すなわち、制御装置１００は、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤにデッドタイム補償デューティｕ_Ｃを加算したデューティを指令デューティｕとして導出する。
・モード３（ＩＬｔ＞＋α、かつ−α＞ＩＬｂ）のとき：
制御装置１００が行うデッドタイム補償は無補償である。すなわち、制御装置１００は、デューティｕ_ＳＤにデッドタイム補償デューティｕ_Ｃを加減算せず、デューティｕ_ＳＤをそのまま指令デューティｕとして導出する。
・モード５（ＩＬｔ＜−α）のとき：
制御装置１００が行うデッドタイム補償はマイナス補償である。すなわち、制御装置１００は、デッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤにデッドタイム補償デューティｕ_Ｃを減算したデューティを指令デューティｕとして導出する。
・モード２（ＩＬｔ＞＋α、かつ＋α≧ＩＬｂ≧−α）のとき：
制御装置１００は、下記条件に応じて、プラス補償と無補償を適宜切り替える。
・モード４（ＩＬｂ＜−α、かつ＋α≧ＩＬｔ≧−α）のとき：
制御装置１００は、下記条件に応じて、無補償とマイナス補償を適宜切り替える。

モード２及びモード４で用いられる上記条件は、以下に示すパラメータ（１）〜（４）のいずれか１つである。
パラメータ（１）：電圧指令Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２
パラメータ（２）：偏差ΔＶ２の単位時間当たりの変化量（微分値）
パラメータ（３）：偏差ΔＶ２の符号
パラメータ（４）：偏差ΔＶ２の変化量の符号

次に、図３に示したモード６のデッドタイム補償について説明する。モード６は、図５に示したように、リアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔがそれぞれ−α〜＋αの範囲に含まれる場合のデッドタイム補償である。モード６では、制御装置１００は、上記パラメータ（１）〜（４）のいずれかに応じて、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃに係数βを乗算したデューティ（βｕ_Ｃ）をデッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤに加算したデューティ（ｕ_ＳＤ＋βｕ_Ｃ）のデッドタイム補償（補正プラス補償）と、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃに係数βを乗算したデューティ（βｕ_Ｃ）をデッドタイム補償前のデューティｕ_ＳＤに減算したデューティ（ｕ_ＳＤ−βｕ_Ｃ）のデッドタイム補償（補正プラス補償）を適宜切り替える。

図６は、本実施形態の制御装置１００の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、制御装置１００は、リアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔを検出する（ステップＳ１０１）。次に、制御装置１００は、リアクトル電流ＩＬが−α〜＋αの範囲に対してどの関係を有するかについて、ボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔの少なくともいずれか１つから判定し（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）、当該判定結果に応じたモードを決定する（ステップＳ１０７〜Ｓ１１２）。制御装置１００は、モードに応じたデッドタイム補償を行う（ステップＳ１１３〜Ｓ１１６）。

図７は、モード２、モード４又はモード６と決定された場合に本実施形態の制御装置１００が行うデッドタイム補償を示すフローチャートである。図７に示すように、制御装置１００は、上記説明したパラメータ（１）〜（４）のいずれかを変数err_nに設定する（ステップＳ２０１）。次に、制御装置１００は、変数err_n及び係数Ｋ（補償切替応答ゲイン）より下記式（１）に示す符号関数を用いて、プラス補償（＋１）かマイナス補償（−１）を示す補償符号buf_nを算出する（ステップＳ２０２）。なお、補償符号buf_nの演算にはΔΣ変調の方法が用いられる。

次に、制御装置１００は、デッドタイム補償デューティｕ_Ｃのスカラー量と補償符号buf_nを乗算して、仮補償量out_nを算出する（out_n＝ｕ_Ｃ×buf_n）（ステップＳ２０３）。補償符号buf_nは＋１又は−１であるため、仮補償量out_nは＋ｕ_Ｃ又は−ｕ_Ｃである。

制御装置１００は、決定されたモードがモード２，４，６のいずれかであるかを判断し（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）、モードに応じて異なるデッドタイム補償を行う。モード２の場合、制御装置１００は、補償量の下限を０に制限する（ステップＳ２０６）。したがって、仮補償量out_nが＋ｕ_Ｃのとき制御装置１００はプラス補償を行い、仮補償量out_nが−ｕ_Ｃのとき制御装置１００は補償を行わない（無補償）。また、モード４の場合、制御装置１００は、補償量の上限を０に制限する（ステップＳ２０７）。したがって、仮補償量out_nが−ｕ_Ｃのとき制御装置１００はマイナス補償を行い、仮補償量out_nが＋ｕ_Ｃのとき制御装置１００は補償を行わない（無補償）。また、モード６の場合、制御装置１００は、仮補償量out_n（＋ｕ_Ｃ又は−ｕ_Ｃ）に係数βを乗算した補償量でプラス補償（補正プラス補償）又はマイナス補償（補正プラス補償）を行う（ステップＳ２０８）。

以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、コンバータ３のリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬのボトム値ＩＬｂ又はピーク値ＩＬｔがゼロ近傍（−α〜＋α）のとき、制御装置１００は、モード２の場合はコンバータ３の出力電圧に係る上記パラメータに応じてプラス補償と無補償を適宜切り替え、モード４の場合は上記パラメータに応じて無補償とマイナス補償を適宜切り替える。また、モード６の場合、制御装置１００は、上記パラメータに応じて補正プラス補償と補正マイナス補償を適宜切り替える。このように、リアクトル電流ＩＬがゼロ近傍の際、制御装置１００は、リアクトル電流ＩＬに応じたモードの切替ではなく、コンバータ３の出力電圧に係るパラメータに応じたデッドタイム補償の切替を行う。

したがって、制御装置１００は、リアクトル電流ＩＬがゼロ近傍であっても、適当な指令デューティｕでコンバータ３を制御することができ、その結果、コンバータ３は安定した電圧を出力できる。また、負荷２を高効率で安定して運転することができる。

なお、本実施形態では、電流センサ７が検出したリアクトル電流ＩＬよりボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔが得られるが、以下に示す演算式よりボトム値ＩＬｂ及びピーク値ＩＬｔを算出しても良い。

ILave： リアクトル電流ＩＬの平均値
u： 指令デューティ
Io： 負荷２を流れる電流（負荷電流）
Tcarr： スイッチング周期
r_L： リアクトルの抵抗成分
V1： 直流電源１の出力電圧

上記説明した実施形態では昇圧コンバータ３を例に説明したが、図８に示す昇降圧コンバータ３０又は降圧コンバータであっても良い。

１ 直流電源
２ 負荷
３ 昇圧コンバータ
５，６ 電圧センサ
７ 電流センサ
１００ 制御装置
１１ ＦＦ制御部
１２ ＦＢ制御部
１１１ デッドタイム補償部
１１３ ＰＷＭ制御部
１１５ 補償閾値学習部
１１７ 補償閾値記憶部
３０ 昇降圧コンバータ

Claims (5)

1. 直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加するコンバータの制御装置であって、
   所定のデューティに基づいて前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
   前記コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流の状態に応じて、前記デューティに対し異なるデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部と、を備え、
   前記デッドタイム補償部は、スイッチング周期内における前記リアクトル電流の最小値及び最大値の少なくともいずれか１つが０を含む所定の範囲内の値であるとき、前記コンバータに対する指令電圧と出力電圧の偏差に係るパラメータに応じて、所定範囲内の補償量で前記デューティを補償することを特徴とするコンバータの制御装置。
2. 請求項１に記載のコンバータの制御装置であって、
   前記補償量は、正の所定値から負の所定値の範囲内の値であることを特徴とするコンバータの制御装置。
3. 請求項２に記載のコンバータの制御装置であって、
   前記デッドタイム補償部は、
   前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最小値が前記所定の範囲内の値であり、かつ、前記最大値が前記所定の範囲外の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて前記正の所定値又は０に切り替え、
   前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最大値が前記所定の範囲内の値であり、かつ、前記最小値が前記所定の範囲外の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて０又は前記負の所定値に切り替えることを特徴とするコンバータの制御装置。
4. 請求項２又は３に記載のコンバータの制御装置であって、
   前記デッドタイム補償部は、
   前記スイッチング周期内における前記リアクトル電流の前記最小値及び前記最大値が前記所定の範囲内の値であるとき、前記補償量を、前記パラメータに応じて前記正の所定値又は前記負の所定値に切り替えることを特徴とするコンバータの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンバータの制御装置であって、
   前記リアクトル電流の前記所定の範囲は、前記リアクトル電流が前記リアクトルを流れたときに前記指令電圧と前記出力電圧の偏差が最小となる値であることを特徴とするコンバータの制御装置。

Images