JP2011004466A - Device for detecting capacitance drop of capacitor in resonance type converter - Google Patents

Device for detecting capacitance drop of capacitor in resonance type converter Download PDF

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JP2011004466A JP2009143483A JP2009143483A JP2011004466A JP 2011004466 A JP2011004466 A JP 2011004466A JP 2009143483 A JP2009143483 A JP 2009143483A JP 2009143483 A JP2009143483 A JP 2009143483A JP 2011004466 A JP2011004466 A JP 2011004466A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the capacitance drop of a capacitor that absorbs a resonance current in a resonance type converter.SOLUTION: A device includes: a current detection unit 121 that detects the amount of current flowing between a DC power supply 11 and the capacitor C1; and a decision controller 20 that determines the capacitance of capacitor C1 decreases when the amount of current detected by the current detection unit 121 falls below a prescribed threshold.

Description

本発明は、共振型コンバータにおけるコンデンサの容量低下を検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting a capacitance drop of a capacitor in a resonant converter.

電圧変換器として、直流(DC)電圧を昇圧及び/又は降圧するDC−DCコンバータが知られている。DC−DCコンバータは、パーソナルコンピュータや、AV機器、携帯電話機、電源システム等の、電気回路を含む電気機器に幅広く用いられている。近年では、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の電源システムにDC−DCコンバータが用いられる例もある。   A DC-DC converter that boosts and / or steps down a direct current (DC) voltage is known as a voltage converter. The DC-DC converter is widely used in electric devices including electric circuits, such as personal computers, AV devices, mobile phones, and power supply systems. In recent years, there is an example in which a DC-DC converter is used in a power supply system of a vehicle such as a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle.

DC−DCコンバータは、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子、コイル(リアクトル)、コンデンサ、及びダイオード等を組み合わせて構成することができる。DC−DCコンバータには、いわゆるソフトスイッチングを実現する共振型コンバータと呼ばれるタイプのものが知られている。ソフトスイッチングは、電流共振現象を利用して電圧及び/又は電流をゼロとした状態でのスイッチング動作を可能にすることで、スイッチング時の電力損失の低減を図る。   The DC-DC converter can be configured by combining a switching element such as a transistor, a coil (reactor), a capacitor, and a diode, for example. As the DC-DC converter, a type called a resonant converter that realizes so-called soft switching is known. Soft switching uses a current resonance phenomenon to enable a switching operation with a voltage and / or current set to zero, thereby reducing power loss during switching.

国際公開第WO2006/098376号International Publication No. WO2006 / 098376

共振型コンバータにおいては、ソフトスイッチングの実現に利用される共振電流が入力側へ回生(逆流)する場合がある。そのような要因の一例として、共振電流を吸収(バッファ)するコンデンサの容量が低下することが挙げられる。すなわち、コンデンサの容量が低下してコンデンサで吸収し切れない共振電流が生じると、当該電流が入力側へ回生し得る。共振電流の回生先が燃料電池等の直流電源である場合、当該共振電流によって直流電源が逆充電されて性能劣化が生じるおそれがある。   In a resonance type converter, a resonance current used for realizing soft switching may regenerate (reverse) to the input side. One example of such a factor is a reduction in the capacity of a capacitor that absorbs (buffers) the resonance current. That is, when a resonance current that cannot be absorbed by the capacitor is generated due to a decrease in the capacitance of the capacitor, the current can be regenerated to the input side. When the regeneration destination of the resonance current is a direct current power supply such as a fuel cell, the direct current power supply is reversely charged by the resonance current, and there is a possibility that performance degradation may occur.

そこで、本発明の目的の一つは、共振型コンバータ共振電流を吸収するコンデンサの容量低下を検出できるようにすることにある。また、コンデンサの容量低下に起因してコンデンサで吸収し切れない共振電流によって直流電源が逆充電されることを防止できるようにすることも本発明の目的の一つである。   Accordingly, an object of the present invention is to enable detection of a decrease in the capacitance of a capacitor that absorbs a resonant converter resonant current. Another object of the present invention is to prevent the DC power supply from being reversely charged due to a resonance current that cannot be completely absorbed by the capacitor due to a decrease in the capacitance of the capacitor.

なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。   In addition, the present invention is not limited to the above-described object, and other effects of the present invention can be achieved by the functions and effects derived from the respective configurations shown in the embodiments for carrying out the invention which will be described later. It can be positioned as one of

本発明の共振型コンバータのコンデンサ容量低下を検出する装置の一態様は、直流電源に対して並列に接続されて電流共振現象に基づくソフトスイッチングの過程で生じる共振電流を吸収するコンデンサを有する共振型コンバータに用いられる装置であって、前記直流電源と前記コンデンサとの間を流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流量が所定の閾値を下回ると、前記コンデンサの容量が低下したと判定する判定制御部と、を備える。   One aspect of an apparatus for detecting a decrease in capacitor capacity of a resonant converter according to the present invention is a resonant type having a capacitor that is connected in parallel to a DC power source and absorbs a resonant current generated in a soft switching process based on a current resonant phenomenon. A device used for a converter, wherein a current detection unit that detects an amount of current flowing between the DC power supply and the capacitor, and the current amount detected by the current detection unit falls below a predetermined threshold, the capacitor And a determination control unit that determines that the capacity has decreased.

また、本発明の共振型コンバータのコンデンサ容量低下を検出する装置の別の態様は、直流電源に対して並列に接続されて電流共振現象に基づくソフトスイッチングの過程で生じる共振電流を吸収するコンデンサを有する共振型コンバータに用いられる装置であって、前記コンデンサの接続点と前記コンデンサとの間を流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流量が所定の閾値を下回ると、前記コンデンサの容量が低下したと判定する判定制御部と、を備える。   Another aspect of the device for detecting a decrease in the capacitor capacity of the resonant converter of the present invention is a capacitor connected in parallel to a DC power source to absorb a resonance current generated in the process of soft switching based on a current resonance phenomenon. An apparatus used for a resonant converter having a current detection unit that detects an amount of current flowing between a connection point of the capacitor and the capacitor, and a current amount detected by the current detection unit has a predetermined threshold value And a determination control unit that determines that the capacity of the capacitor is reduced when the value is lower.

ここで、前記判定制御部は、前記コンデンサの容量が低下したと判定すると、ON状態で前記共振電流を前記コンデンサに流通させるスイッチング素子をOFF制御してもよい。   Here, when the determination control unit determines that the capacitance of the capacitor has decreased, the determination control unit may perform OFF control of a switching element that causes the resonance current to flow through the capacitor in an ON state.

また、前記直流電源と前記コンデンサの接続点との間に、前記直流電源に向かう前記共振電流を阻止する電流阻止回路と、前記電流阻止回路をバイパスする電気経路上に設けられたバイパススイッチとをさらに備え、前記判定制御部は、前記コンデンサの容量が低下したと判定しない間は、前記バイパススイッチをON制御し、前記コンデンサの容量が低下したと判定すると、前記バイパススイッチをOFF制御する、ようにしてもよい。   Further, a current blocking circuit for blocking the resonance current toward the DC power supply and a bypass switch provided on an electric path for bypassing the current blocking circuit between the DC power supply and the connection point of the capacitor. In addition, the determination control unit performs ON control of the bypass switch while it is not determined that the capacity of the capacitor has decreased, and performs OFF control of the bypass switch when it is determined that the capacity of the capacitor has decreased. It may be.

本発明によれば、共振型コンバータにおいて共振電流を吸収するコンデンサの容量低下を検出できる。ひいては、当該容量低下に起因してコンデンサで吸収し切れない共振電流によって直流電源が逆充電されることを防止し、直流電源の性能劣化を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a decrease in the capacity of a capacitor that absorbs a resonant current in a resonant converter. As a result, it is possible to prevent the DC power source from being reversely charged due to the resonance current that cannot be completely absorbed by the capacitor due to the decrease in the capacitance, thereby preventing the performance deterioration of the DC power source.

一実施形態に係る電源システム及び当該電源システムを搭載した車両1の構成例を模式的に示す図である。It is a figure showing typically an example of composition of a power supply system concerning one embodiment and vehicles 1 carrying the power supply system concerned. 図1に例示するFC昇圧コンバータの一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of an FC boost converter illustrated in FIG. 1. 図2に例示するFC昇圧コンバータの動作(モード1)を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation (mode 1) of the FC boost converter illustrated in FIG. 2; モード1のFC昇圧コンバータにおける素子の電流又は電圧の時間変化例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a time change of the electric current of the element in the FC boost converter of mode 1, or a voltage. 図2に例示するFC昇圧コンバータの動作(モード2)を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation (mode 2) of the FC boost converter illustrated in FIG. 2; モード2のFC昇圧コンバータにおける素子の電流又は電圧の時間変化例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a time change of the electric current or voltage of an element in the FC boost converter of mode 2. 図2に例示するFC昇圧コンバータの部分的な等価回路図である。FIG. 3 is a partial equivalent circuit diagram of the FC boost converter illustrated in FIG. 2. 図7におけるA点に流れる電流の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the electric current which flows into the A point in FIG. 図2に例示するFC昇圧コンバータにおいて共振電流が電源側に回生する様子を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating how a resonance current is regenerated to the power supply side in the FC boost converter illustrated in FIG. 2. 図2及び図9に例示するECUの変形例を示す機能ブロック図である。FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a modification of the ECU illustrated in FIGS. 2 and 9. 図2及び図9に例例示する電源システムの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the power supply system which illustrates an example in FIG.2 and FIG.9.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形(各実施例を組み合わせる等)して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described below. In other words, the present invention can be implemented with various modifications (combining the embodiments, etc.) without departing from the spirit of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings are schematic and do not necessarily match actual dimensions and ratios. In some cases, the dimensional relationships and ratios may be different between the drawings.

〔1〕一実施形態の説明
図1は、一実施形態に係る電源システム10及び当該電源システム10を搭載した車両1の構成例を模式的に示す図である。
[1] Description of Embodiment FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a power supply system 10 according to an embodiment and a vehicle 1 in which the power supply system 10 is mounted.

電源システム10は、例示的に、燃料電池(FC)11を有する燃料電池システムであり、車両1は、燃料電池システム10を駆動電力の供給源とする電気機器の一例としての燃料電池自動車である。ただし、車両1は、電気自動車やハイブリッド自動車であってもよい。   The power supply system 10 is illustratively a fuel cell system having a fuel cell (FC) 11, and the vehicle 1 is a fuel cell vehicle as an example of an electrical device that uses the fuel cell system 10 as a source of driving power. . However, the vehicle 1 may be an electric vehicle or a hybrid vehicle.

車両1は、駆動輪2を駆動するモータ16や、電子制御ユニット(ECU)20、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサ21等を備える。アクセルペダルセンサ21は、電子制御ユニット20に電気的に接続されており、例えば、検出したアクセスペダルの開度に応じてモータ16(駆動輪2)の回転速度がECU20によって制御される。   The vehicle 1 includes a motor 16 that drives the drive wheels 2, an electronic control unit (ECU) 20, an accelerator pedal sensor 21 that detects the opening of an accelerator pedal, and the like. The accelerator pedal sensor 21 is electrically connected to the electronic control unit 20. For example, the rotational speed of the motor 16 (drive wheel 2) is controlled by the ECU 20 according to the detected opening degree of the access pedal.

燃料電池システム10は、前記燃料電池(FC)11のほか、非限定的な一例として、FC昇圧コンバータ12、バッテリ13、バッテリ昇圧コンバータ14、インバータ15等を備える。   In addition to the fuel cell (FC) 11, the fuel cell system 10 includes, as a non-limiting example, an FC boost converter 12, a battery 13, a battery boost converter 14, an inverter 15, and the like.

FC11は、電気化学反応を利用して発電する装置である。FC11には、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、アルカリ電解質型等の種々のタイプの燃料電池が適用可能である。FC11が発電した電力は、車両1の駆動輪2を駆動するモータ16の駆動電力や、バッテリ13の充電に用いられる。   The FC 11 is a device that generates electricity using an electrochemical reaction. Various types of fuel cells such as solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, and alkaline electrolyte type can be applied to FC11. The power generated by the FC 11 is used to drive the motor 16 that drives the drive wheels 2 of the vehicle 1 and to charge the battery 13.

バッテリ13は、充放電可能な二次電池であり、リチウムイオン、ニッケル水素、ニッケルカドミウム等の種々のタイプの二次電池を適用可能である。バッテリ13は、車両1やFC11の運転時に使用される種々の電気機器に電力を供給することができる。ここでいう電気機器には、例えば、車両1の照明機器、空調機器、油圧ポンプ、FC11の燃料ガスや改質原料を供給するポンプ、改質器の温度を調整するヒータ等が含まれる。   The battery 13 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and various types of secondary batteries such as lithium ion, nickel hydride, and nickel cadmium can be applied. The battery 13 can supply electric power to various electric devices used when the vehicle 1 or the FC 11 is operated. The electrical equipment here includes, for example, lighting equipment for the vehicle 1, air conditioning equipment, a hydraulic pump, a pump for supplying fuel gas and reforming material of FC11, a heater for adjusting the temperature of the reformer, and the like.

これらのFC11及びバッテリ13は、図1に例示するように、インバータ15に対して電気的に並列に接続されている。FC11からインバータ15に至る電気経路には、FC昇圧コンバータ12が設けられている。FC昇圧コンバータ12は、入力DC電圧を昇圧するDC−DCコンバータであり、FC11で発生したDC電圧を変換可能な範囲で所定のDC電圧に変換(例えば昇圧)して、インバータ15に印加することができる。このような昇圧動作により、FC11の出力電力が低くても、モータ16の駆動に要する駆動電力を確保することが可能となる。   The FC 11 and the battery 13 are electrically connected in parallel to the inverter 15 as illustrated in FIG. An FC boost converter 12 is provided in the electrical path from the FC 11 to the inverter 15. The FC boost converter 12 is a DC-DC converter that boosts an input DC voltage, converts the DC voltage generated by the FC 11 into a predetermined DC voltage within a convertible range (for example, boosts it), and applies it to the inverter 15. Can do. Such boosting operation makes it possible to secure the driving power required to drive the motor 16 even when the output power of the FC 11 is low.

一方、バッテリ13からインバータ15に至る電気経路には、バッテリ昇圧コンバータ14が、FC昇圧コンバータ12とインバータ15との間の電気経路に対して並列に接続されている。当該コンバータ14も、DC−DCコンバータであり、バッテリ13又はインバータ15から印加されたDC電圧を変換可能な範囲で所定のDC電圧に変換することができる。   On the other hand, the battery boost converter 14 is connected in parallel to the electrical path between the FC boost converter 12 and the inverter 15 in the electrical path from the battery 13 to the inverter 15. The converter 14 is also a DC-DC converter, and can convert the DC voltage applied from the battery 13 or the inverter 15 into a predetermined DC voltage within a convertible range.

コンバータ14には、昇圧及び降圧の双方が可能な昇降圧型のコンバータを適用でき、例えば、バッテリ13からの入力DC電圧を制御(昇圧)してインバータ15側に出力する一方、FC11又はモータ16からの入力DC電圧を制御(降圧)してバッテリ13に出力することが可能である。これにより、バッテリ13の充放電が可能となる。   The converter 14 can be a step-up / step-down converter capable of both boosting and stepping down. For example, the converter 14 controls (boosts) the input DC voltage from the battery 13 and outputs it to the inverter 15 side. The input DC voltage can be controlled (stepped down) and output to the battery 13. Thereby, charging / discharging of the battery 13 is attained.

また、コンバータ14は、出力電圧が制御されることで、インバータ15の端子電圧を制御することが可能である。当該制御は、インバータ15に対して並列に接続された各電源(FC11及びバッテリ13)の相対的な出力電圧差を制御して、両者の電力を適切に使い分けることを可能にする。   Moreover, the converter 14 can control the terminal voltage of the inverter 15 by controlling the output voltage. This control controls the relative output voltage difference between the power supplies (FC 11 and battery 13) connected in parallel to the inverter 15, and makes it possible to properly use both powers.

インバータ15は、FC11からコンバータ12を介して、また、バッテリ13からコンバータ14を介して、DC電圧の入力を受け、当該入力DC電圧を交流(AC)電圧に変換し、これをモータ16の駆動電圧として供給する。その際、ECU20は、要求動力に応じたAC電圧がモータ16に供給されるよう、インバータ15の動作(スイッチング)を制御する。   The inverter 15 receives DC voltage input from the FC 11 via the converter 12 and from the battery 13 via the converter 14, converts the input DC voltage into alternating current (AC) voltage, and drives the motor 16. Supply as voltage. At that time, the ECU 20 controls the operation (switching) of the inverter 15 so that an AC voltage corresponding to the required power is supplied to the motor 16.

ECU20は、既述の制御のほか、車両1及び燃料電池システム10の動作(運転)を統括的に制御する。ECU20は、例示的に、演算処理装置の一例としてのCPU、記憶装置の一例としてのRAM、ROM等を備えたマイクロコンピュータとして実現できる。ECU20は、モータ16や燃料電池システム10の各要素、種々のセンサ群と電気的に接続され、各種センサ値の受信、演算処理、指令(制御信号)の送信等を適宜に実施する。センサ群には、アクセルペダルセンサ21のほか、例示的に、バッテリ13の充電状態(SOC:State Of Charge)を検出するSOCセンサ、車速(モータ16の回転数)を検出する車速センサ等が含まれ得る。   In addition to the control described above, the ECU 20 comprehensively controls the operation (operation) of the vehicle 1 and the fuel cell system 10. The ECU 20 can be exemplarily realized as a microcomputer including a CPU as an example of an arithmetic processing device, a RAM, a ROM as an example of a storage device, and the like. The ECU 20 is electrically connected to each element of the motor 16 and the fuel cell system 10 and various sensor groups, and appropriately receives various sensor values, performs arithmetic processing, transmits commands (control signals), and the like. In addition to the accelerator pedal sensor 21, the sensor group includes, for example, an SOC sensor that detects a state of charge (SOC) of the battery 13, a vehicle speed sensor that detects a vehicle speed (the number of rotations of the motor 16), and the like. Can be.

〔2〕昇圧コンバータ12
次に、昇圧コンバータ12の電気回路図の一例を図2に示す。図2に示す昇圧コンバータ12は、例示的に、主回路12aと補助回路(スナバ回路)12bとを備える。
[2] Boost converter 12
Next, an example of an electric circuit diagram of the boost converter 12 is shown in FIG. The boost converter 12 shown in FIG. 2 exemplarily includes a main circuit 12a and an auxiliary circuit (snubber circuit) 12b.

主回路12aは、例えば、スイッチング素子(メインスイッチ)S1及び逆並列ダイオードD4を含むスイッチ回路と、リアクトル(コイル)L1と、(出力)ダイオードD5と、(入力)コンデンサC1と、(出力)コンデンサC3とを備える。   The main circuit 12a includes, for example, a switching circuit including a switching element (main switch) S1 and an antiparallel diode D4, a reactor (coil) L1, an (output) diode D5, an (input) capacitor C1, and an (output) capacitor. C3.

主回路12aは、メインスイッチS1のスイッチング(ON/OFF)が周期的に制御されることにより、リアクトルL1に流れる電流(主電流)量に応じたリアクトルL1の電気エネルギーの蓄積及び蓄積エネルギーの解放を周期的に繰り返す。解放された電気エネルギーは、FC11の出力電圧に重畳されて、負荷の一例であるモータ16側(インバータ15側)にダイオードD5経由で出力される。これにより、入力電圧(FC11の出力電圧)VLが所定の出力電圧VHに昇圧される。   The main circuit 12a periodically stores and switches the main switch S1 (ON / OFF), thereby accumulating the electric energy of the reactor L1 and releasing the accumulated energy corresponding to the amount of current (main current) flowing through the reactor L1. Is repeated periodically. The released electrical energy is superimposed on the output voltage of the FC 11 and output to the motor 16 side (inverter 15 side), which is an example of a load, via the diode D5. Thereby, the input voltage (output voltage of FC11) VL is boosted to a predetermined output voltage VH.

入力コンデンサC1は、両端がFC11の高電位側とFC11の低電位側〔例えばグランド(GND)〕とに接続されている。入力コンデンサC1は、その両端の電圧(昇圧前電圧)を平滑化してリプルを低減する。昇圧前電圧VLであるコンデンサC1の両端電圧は、FC11の出力電圧と等価である。   Both ends of the input capacitor C1 are connected to the high potential side of FC11 and the low potential side of FC11 [for example, ground (GND)]. The input capacitor C1 reduces the ripple by smoothing the voltage (voltage before boosting) at both ends thereof. The voltage across the capacitor C1, which is the pre-boosting voltage VL, is equivalent to the output voltage of the FC11.

リアクトルL1の一端は、FC11の正極に電気的に接続され、リアクトルL1の他端は、ダイオードD5のアノードに直列接続されている。ダイオードD5のカソードには、出力コンデンサC3の一端が並列に接続されている。出力ダイオードD5のカソード電圧が、負荷の一例であるモータ16側(インバータ15側)へ供給される昇圧後電圧VHである。出力コンデンサC3は、当該昇圧後電圧VHを平滑化して変動を低減する。   One end of the reactor L1 is electrically connected to the positive electrode of the FC 11, and the other end of the reactor L1 is connected in series to the anode of the diode D5. One end of an output capacitor C3 is connected in parallel to the cathode of the diode D5. The cathode voltage of the output diode D5 is a boosted voltage VH supplied to the motor 16 side (inverter 15 side) which is an example of a load. The output capacitor C3 smoothes the boosted voltage VH to reduce fluctuations.

メインスイッチS1には、非限定的な一例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を適用可能であり、一方の極(例えばコレクタ)がリアクトルL1と出力ダイオードD5との間の電気経路に並列接続されるとともに、他方の極(例えばエミッタ)が、FC11の負極側(GND)に接続されている。   As a non-limiting example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be applied to the main switch S1, and one pole (for example, collector) is connected in parallel to the electrical path between the reactor L1 and the output diode D5. In addition, the other pole (for example, an emitter) is connected to the negative electrode side (GND) of FC11.

メインスイッチS1の例えばゲートにパルス幅変調(PWM)信号等のスイッチ制御信号が与えられることで、メインスイッチS1のON/OFFが制御される。また、スイッチ制御信号のデューティ比を制御することで、出力ダイオードD5へ向かう方向にリアクトルL1に流れる平均的な電流量を制御して、昇圧コンバータ12の昇圧度を制御することができる。スイッチ制御信号は、例えばECU20において生成される。   By applying a switch control signal such as a pulse width modulation (PWM) signal to the gate of the main switch S1, for example, ON / OFF of the main switch S1 is controlled. Further, by controlling the duty ratio of the switch control signal, the average amount of current flowing through the reactor L1 in the direction toward the output diode D5 can be controlled, and the boosting degree of the boost converter 12 can be controlled. The switch control signal is generated in the ECU 20, for example.

メインスイッチS1の両極間には、逆並列ダイオードD4が接続されている。逆並列ダイオードD4は、メインスイッチS1がON時の電流通流方向とは逆方向の通流を許容する。   An antiparallel diode D4 is connected between both poles of the main switch S1. The anti-parallel diode D4 allows current flow in the direction opposite to the current flow direction when the main switch S1 is ON.

補助回路12bは、例示的に、(回生)ダイオードD3と、リアクトル(コイル)L2と、(スナバ逆流防止)ダイオードD2と、スイッチング素子(補助スイッチ)S2及び逆並列ダイオードD1を含むスイッチ回路と、(共振)コンデンサC2とを備える。補助スイッチS2をONにすることで、リアクトルL2及びコンデンサC2によるLC共振現象が発生し、当該LC共振現象を利用して、メインスイッチS1及び補助スイッチS2のソフトスイッチングを実現することができる。   The auxiliary circuit 12b exemplarily includes a (regenerative) diode D3, a reactor (coil) L2, a (snubber backflow prevention) diode D2, a switch circuit including a switching element (auxiliary switch) S2 and an antiparallel diode D1, (Resonance) capacitor C2. By turning on the auxiliary switch S2, an LC resonance phenomenon is caused by the reactor L2 and the capacitor C2, and soft switching of the main switch S1 and the auxiliary switch S2 can be realized using the LC resonance phenomenon.

例示的に、ダイオードD3は、そのアノードがリアクトルL1と出力ダイオードD5との間の電気経路に接続されることにより、メインスイッチS1に対して並列に接続されている。ダイオードD3のカソードは、コンデンサC2の一端に接続され、コンデンサC2の他端は、FC11の負極側(GND)に接続されている。また、ダイオードD3のカソードとコンデンサC2との接続点には、リアクトルL2の一端が並列に接続され、リアクトルL2の他端にはダイオードD2のアノードが接続されている。   Illustratively, the diode D3 is connected in parallel to the main switch S1 with its anode connected to the electrical path between the reactor L1 and the output diode D5. The cathode of the diode D3 is connected to one end of the capacitor C2, and the other end of the capacitor C2 is connected to the negative electrode side (GND) of the FC11. Further, one end of the reactor L2 is connected in parallel to the connection point between the cathode of the diode D3 and the capacitor C2, and the anode of the diode D2 is connected to the other end of the reactor L2.

さらに、ダイオードD2のカソードは補助スイッチS2の両極の一方(例えばコレクタ)に接続され、補助スイッチS2の両極の他方(例えばエミッタ)はリアクトルL1のFC11側の一端に接続されている。補助スイッチS2の両極間には、ダイオードD1が並列接続されている。なお、リアクトルL2、及び、補助スイッチS2とダイオードD1とを含むスイッチ回路の接続位置は、互いに入れ替えてもよい。   Furthermore, the cathode of the diode D2 is connected to one (for example, collector) of both electrodes of the auxiliary switch S2, and the other (for example, emitter) of both electrodes of the auxiliary switch S2 is connected to one end of the reactor L1 on the FC11 side. A diode D1 is connected in parallel between both electrodes of the auxiliary switch S2. The connection positions of the reactor L2 and the switch circuit including the auxiliary switch S2 and the diode D1 may be interchanged.

〔3〕ソフトスイッチング動作(モード1〜6)
上述のごとく構成された昇圧コンバータ12において、ソフトスイッチング動作に基づく昇圧動作の1サイクルは、例示的に、以下のような状態遷移(モード1〜6)で表わすことができる。
[3] Soft switching operation (modes 1 to 6)
In boost converter 12 configured as described above, one cycle of the boost operation based on the soft switching operation can be exemplarily represented by the following state transitions (modes 1 to 6).

メインスイッチS1及び補助スイッチS2がともにOFFの初期状態では、例えば図3中に点線で示す経路で電流が通流し、インバータ15(モータ16)側に電力が供給される。   In an initial state in which both the main switch S1 and the auxiliary switch S2 are OFF, for example, a current flows along a path indicated by a dotted line in FIG. 3, and power is supplied to the inverter 15 (motor 16) side.

(モード1)
初期状態から、メインスイッチS1はOFFのままで補助スイッチS2がONされると、出力ダイオードD5に蓄積していた電荷がダイオードD3、リアクトルL2及び補助スイッチS2を経由して入力コンデンサC1へ流れて消滅させられる(ソフトターンオフ)。一方、FC11側からリアクトルL1及び出力ダイオードD5を経由して流れていた電流が、補助回路12b側(ダイオードD3)に徐々に移行してゆく。図3中の矢印100は、その様子を表現している。したがって、補助回路12bには、図2中に実線で200示すように、リアクトルL1、ダイオードD3、リアクトルL2、ダイオードD2及び補助スイッチS2の経路で電流が還流する。したがって、図4に例示するように、モード1の期間(時刻T0〜T1の期間)において、リアクトルL2及び補助スイッチS2に流れる電流(L2電流)は、リアクトルL2の両端電圧(VH−VL)とリアクトルLのインダクタンス値とに応じて増加する。
(Mode 1)
From the initial state, when the auxiliary switch S2 is turned on while the main switch S1 remains OFF, the charge accumulated in the output diode D5 flows to the input capacitor C1 via the diode D3, the reactor L2, and the auxiliary switch S2. Can be extinguished (soft turn-off). On the other hand, the current flowing from the FC11 side via the reactor L1 and the output diode D5 gradually shifts to the auxiliary circuit 12b side (diode D3). The arrow 100 in FIG. 3 expresses the state. Therefore, as shown by a solid line 200 in FIG. 2, a current flows back to the auxiliary circuit 12b through the path of the reactor L1, the diode D3, the reactor L2, the diode D2, and the auxiliary switch S2. Therefore, as illustrated in FIG. 4, in the period of mode 1 (period of time T0 to T1), the current flowing through the reactor L2 and the auxiliary switch S2 (L2 current) is the voltage across the reactor L2 (VH−VL). It increases according to the inductance value of the reactor L.

(モード2)
その後、例えば図5中に実線300で示すように、コンデンサC2に蓄積されていた電荷がリアクトルL2側へ徐々に放電され、電流がリアクトルL2、ダイオードD2、補助スイッチS2及び入力コンデンサC1で形成される電気経路で通流する。これにより、リアクトルL2コンデンサC2によるLC共振現象が発生し、コンデンサC2の両端電圧が正弦波状に正から零へ徐々に減少する(図6の時刻T1〜T2参照)。補助スイッチS2がONとなる瞬間(図6の時刻T1)では、補助スイッチS2は零電流なのでソフトスイッチングでターンオンすることになる。
(Mode 2)
Thereafter, for example, as indicated by a solid line 300 in FIG. 5, the electric charge accumulated in the capacitor C2 is gradually discharged toward the reactor L2, and a current is formed by the reactor L2, the diode D2, the auxiliary switch S2, and the input capacitor C1. Through the electrical path. As a result, an LC resonance phenomenon occurs due to the reactor L2 capacitor C2, and the voltage across the capacitor C2 gradually decreases from positive to zero in a sinusoidal shape (see times T1 to T2 in FIG. 6). At the moment when the auxiliary switch S2 is turned on (time T1 in FIG. 6), the auxiliary switch S2 is zero current, and is turned on by soft switching.

(モード3)
コンデンサC2の電荷がすべて放電されてコンデンサC2の電圧が零となり(図6の時刻T2参照)、リアクトルL1及びリアクトルL2に流れる電流(L1電流及びL2電流)が互いに同じになったタイミング(図6の時刻T3参照)でメインスイッチS1をONする。すると、補助回路12bを還流していた電流がメインスイッチS1を通流し始め、メインスイッチS1に流れる電流(S1電流:図6参照)が徐々に増加してゆく。
(Mode 3)
The timing at which all the electric charges of the capacitor C2 are discharged, the voltage of the capacitor C2 becomes zero (see time T2 in FIG. 6), and the currents flowing through the reactor L1 and the reactor L2 (L1 current and L2 current) become the same (FIG. 6). At time T3), the main switch S1 is turned on. Then, the current flowing back through the auxiliary circuit 12b starts to flow through the main switch S1, and the current flowing through the main switch S1 (S1 current: see FIG. 6) gradually increases.

(モード4)
この時、メインスイッチS1は、零電流及び零電圧からのターンオンとなる。メインスイッチS1がONであることにより、メインスイッチS1、FC11及びリアクトルL1の経路で電流が通流し、リアクトルL1に電気エネルギーが徐々に蓄積されてゆく。このとき、補助回路12bには電流は流れないので、コンデンサC2に対する充電は行なわれず、コンデンサC2の電圧は零電圧のままである(図6参照)。
(Mode 4)
At this time, the main switch S1 is turned on from zero current and zero voltage. When the main switch S1 is ON, current flows through the paths of the main switches S1, FC11 and the reactor L1, and electric energy is gradually accumulated in the reactor L1. At this time, since no current flows through the auxiliary circuit 12b, the capacitor C2 is not charged, and the voltage of the capacitor C2 remains zero (see FIG. 6).

(モード5)
その後、メインスイッチS1及び補助スイッチS2をともにOFFにする。両スイッチS1及びS2は、同時にOFFにしてもよいし、補助スイッチS2を先にOFFにしてもよい。この時、コンデンサC2の電圧が零であるから、補助スイッチS2は、零電流及び零電圧からのターンオフ、メインスイッチS1は、零電圧からのターンオフとなる。メインスイッチS1のOFFにより、リアクトルL1に流れていた電流は、ダイオードD3、コンデンサC2、FC11及びリアクトルL1の経路で流れ始め、コンデンサC2への充電が始まる。コンデンサC2への充電により、メインスイッチS1がOFFされる時の電圧上昇速度が抑制され、テール電流が存在する領域での損失を低減することが可能となる。
(Mode 5)
Thereafter, both the main switch S1 and the auxiliary switch S2 are turned off. Both switches S1 and S2 may be turned off simultaneously, or auxiliary switch S2 may be turned off first. At this time, since the voltage of the capacitor C2 is zero, the auxiliary switch S2 is turned off from zero current and zero voltage, and the main switch S1 is turned off from zero voltage. When the main switch S1 is turned off, the current flowing through the reactor L1 starts to flow through the path of the diode D3, the capacitors C2, FC11, and the reactor L1, and charging of the capacitor C2 starts. By charging the capacitor C2, the rate of voltage increase when the main switch S1 is turned off is suppressed, and it is possible to reduce the loss in the region where the tail current exists.

(モード6)
コンデンサC2が出力電圧VHと同電圧になるまで充電されると、出力ダイオードD5がONし、リアクトルL1にそれまでに蓄積された電気エネルギーがインバータ15(モータ16)側へ供給される。その後、補助スイッチS2が再度とONとなり、モード1から次のサイクルがスタートする。
(Mode 6)
When the capacitor C2 is charged to the same voltage as the output voltage VH, the output diode D5 is turned ON, and the electric energy accumulated so far in the reactor L1 is supplied to the inverter 15 (motor 16) side. Thereafter, the auxiliary switch S2 is turned ON again, and the next cycle starts from mode 1.

〔4〕コンデンサC1の容量低下判定
以上のようなソフトスイッチング動作において、モード2では、コンデンサC2から放電された電荷が、リアクトルL2、ダイオードD2、補助スイッチS2及びコンデンサC1の経路300(図5参照)でL2C2共振電流として流れる。このとき、L2C2共振電流は、主回路12aのリアクトルL1と補助回路12bの補助スイッチS2との接続点120において、主回路12aを流れるFC11からの主電流(L1電流)と合流し、L1電流とは逆方向に流れる。
[4] Capacitance drop determination of capacitor C1 In the soft switching operation as described above, in mode 2, the electric charge discharged from the capacitor C2 is the path 300 of the reactor L2, the diode D2, the auxiliary switch S2, and the capacitor C1 (see FIG. 5). ) Flows as an L2C2 resonance current. At this time, the L2C2 resonance current merges with the main current (L1 current) from the FC 11 flowing through the main circuit 12a at the connection point 120 between the reactor L1 of the main circuit 12a and the auxiliary switch S2 of the auxiliary circuit 12b. Flows in the opposite direction.

図8に、FC11からリアクトルL1に向かう方向の電流を正、その逆方向の電流を負とした場合の、図7中に示すA点に流れる電流量の時間変化の一例を示す。図8において、負の領域にある電流がL2C2共振電流Iに相当する。L2C2共振電流Iは、コンデンサC2の電荷放電により発生する電流量と等価と考えてよい。   FIG. 8 shows an example of a temporal change in the amount of current flowing through the point A shown in FIG. 7 when the current in the direction from the FC 11 toward the reactor L1 is positive and the current in the opposite direction is negative. In FIG. 8, the current in the negative region corresponds to the L2C2 resonance current I. The L2C2 resonance current I may be considered equivalent to the amount of current generated by the charge discharge of the capacitor C2.

コンデンサC2の容量をC2、リアクトルL2のインダクタンス値をL2、コンデンサC2に印加される電圧をV、リアクトルL2を流れる電流(L2電流)をIとそれぞれ表わすと、エネルギー保存の法則より、次式(1)が成立する。

Figure 2011004466
The capacitance of the capacitor C2 C 2, the inductance value L 2 of the reactor L2, the voltage applied to the capacitor C2 V, the current flowing through the reactor L2 and (L2 current) is represented respectively I, from the law of conservation of energy, the following Formula (1) is materialized.
Figure 2011004466

したがって、電流Iは、次式(2)により求めることができる。

Figure 2011004466
Therefore, the current I can be obtained by the following equation (2).
Figure 2011004466

コンデンサC2の電圧V=VH−VLとすると、式(2)は、次式(3)となる。

Figure 2011004466
When the voltage of the capacitor C2 is V = VH−VL, the expression (2) becomes the following expression (3).
Figure 2011004466

ここで、例えば図7に示すように、FC11及びコンデンサC1の高電位側からみた経路のインピーダンス値をそれぞれZA及びZBとすると、FC11側へ逆流するL2C2共振電流Iは、それぞれのインピーダンス値ZA及びZBの比に応じて分流される。分流された電流IA及びIBは、それぞれ以下の式(4)及び式(5)で表わすことができる。

Figure 2011004466
ただし、例示的に、インピーダンスZAは、FC11の内部インピーダンスと配線インピーダンスとを含み、インピーダンスZBは、コンデンサC1の内部インピーダンスと配線インピーダンスとを含む。 Here, for example, as shown in FIG. 7, assuming that the impedance values of the paths viewed from the high potential side of FC11 and capacitor C1 are Z A and Z B , respectively, the L2C2 resonance current I flowing back to the FC11 side is the respective impedance value. The current is divided according to the ratio of Z A and Z B. The shunt currents I A and I B can be expressed by the following equations (4) and (5), respectively.
Figure 2011004466
However, for example, the impedance Z A includes the internal impedance and the wiring impedance of the FC 11, and the impedance Z B includes the internal impedance and the wiring impedance of the capacitor C1.

FC11のインピーダンス値ZAがコンデンサC1のインピーダンス値ZBよりも相対的に大きい場合、L2C2共振電流Iの大部分はコンデンサC1で吸収(バッファ)することができる。コンデンサC1の容量を、L2C2共振電流Iのすべてを吸収可能な値に設計しておけば、FC11が逆充電されることを回避できる。 When the impedance value Z A of the FC 11 is relatively larger than the impedance value Z B of the capacitor C1, most of the L2C2 resonance current I can be absorbed (buffered) by the capacitor C1. If the capacity of the capacitor C1 is designed to a value that can absorb all of the L2C2 resonance current I, it is possible to avoid reverse charging of the FC11.

しかし、経年変化等に起因してコンデンサC1の容量が所期の容量よりも低下することがある。コンデンサC1の容量をC1、コンデンサC1の両端電圧をVcでそれぞれ表わすと、コンデンサC1に流れる電流ICは下記の式(6)で表わすことができる。

Figure 2011004466
However, the capacitance of the capacitor C1 may be lower than the expected capacitance due to aging. When the capacitance of the capacitor C1 is represented by C 1 and the voltage across the capacitor C1 is represented by Vc, the current I C flowing through the capacitor C1 can be represented by the following equation (6).
Figure 2011004466

したがって、Vcが一定でコンデンサC1の容量が低下すると、コンデンサC1へ流れる電流(IB)が低下し、低下分の電流は、FC11側へ逆流(回生)することになる(図7の矢印400参照)。この場合、FC11からリアクトルL1に向かう電流量は、相対的に減少する。回生電流によってFC11が逆充電されると、FC11の性能劣化につながるおそれがある。 Therefore, when Vc is constant and the capacitance of the capacitor C1 is reduced, the current (I B ) flowing to the capacitor C1 is reduced, and the reduced current flows backward (regenerated) to the FC11 side (arrow 400 in FIG. 7). reference). In this case, the amount of current from FC11 toward reactor L1 is relatively reduced. If the FC11 is reversely charged by the regenerative current, there is a possibility that the performance of the FC11 is deteriorated.

そこで、本実施形態においては、例えば図2及び図9中に示すように、FC11の高電位側と入力コンデンサC1との間(代替的に、コンデンサC1の接続点とコンデンサC1との間でもよい)の電流量を検出(モニタ)する。当該電流検出(モニタ)には、電流検出部の一例としての電流センサ121を用いることができる。   Therefore, in the present embodiment, for example, as shown in FIGS. 2 and 9, between the high potential side of the FC 11 and the input capacitor C1 (alternatively, it may be between the connection point of the capacitor C1 and the capacitor C1. ) Is detected (monitored). For the current detection (monitor), a current sensor 121 as an example of a current detection unit can be used.

電流センサ121には、例示的に、磁気比例式のセンサを適用可能である。磁気比例式の電流センサは、測定すべき電流が導体を流れた時の磁界を測定することにより、電流の大きさを間接的に測定する。例えば、電流に応じた磁界をホール素子により電圧信号に変換し、その出力電圧を増幅回路にて増幅し、電流に応じた出力電圧をセンサ値として出力する。   For example, a magnetic proportional sensor can be applied to the current sensor 121. The magnetic proportional current sensor indirectly measures the magnitude of the current by measuring the magnetic field when the current to be measured flows through the conductor. For example, a magnetic field corresponding to the current is converted into a voltage signal by the Hall element, the output voltage is amplified by an amplifier circuit, and the output voltage corresponding to the current is output as a sensor value.

当該電流センサ121で得られた電流値(電流センサ値)は、例えばECU20に与えることができる。ECU20は、判定制御部の一例であり、一定以上の回生電流が生じて、当該電流センサ値が所定の閾値を下回った場合、コンデンサC1の容量が低下したと判定(検出)することができる。コンデンサC1の容量が低下したと判定した場合、ECU20は、例えば補助スイッチS2をOFF制御する。   The current value (current sensor value) obtained by the current sensor 121 can be given to the ECU 20, for example. The ECU 20 is an example of a determination control unit, and can determine (detect) that the capacitance of the capacitor C1 has decreased when a certain amount of regenerative current is generated and the current sensor value falls below a predetermined threshold. When it is determined that the capacity of the capacitor C1 has decreased, the ECU 20 controls, for example, the auxiliary switch S2 to be turned off.

そのため、ECU20は、図2及び図7に示すように、例示的に、サンプリング処理部211及び比較・判定部212としての機能を具備する。当該ECU20と電流センサ121とは、コンデンサC1の容量低下を検出する回路(装置)の一例として機能する。   Therefore, as shown in FIGS. 2 and 7, the ECU 20 illustratively has functions as a sampling processing unit 211 and a comparison / determination unit 212. The ECU 20 and the current sensor 121 function as an example of a circuit (device) that detects a decrease in the capacitance of the capacitor C1.

サンプリング処理部211は、電流センサ121によって得られるセンサ値を、周期的にサンプリングする。サンプリングタイミングは、ECU20の処理能力との関係で許容される範囲で短くすることができる。サンプリング周期を短く設定するほど、比較・判定部212での判定精度を向上できる。   The sampling processing unit 211 periodically samples the sensor value obtained by the current sensor 121. The sampling timing can be shortened within a range allowed in relation to the processing capability of the ECU 20. As the sampling period is set shorter, the determination accuracy in the comparison / determination unit 212 can be improved.

比較・判定部212は、サンプリング処理部211でサンプリングされたセンサ値(以下、「サンプリング値」ともいう。)と、前記式(4)又は式(5)に基づいて得られる所定の閾値とを比較して、サンプリング値が当該閾値を下回っている否かを判定する。判定の結果、サンプリング値が閾値を下回っている場合、比較・判定部212は、コンデンサC1の容量が低下したと判定(異常判定)し、そうでなければ正常と判定する。   The comparison / determination unit 212 uses the sensor value sampled by the sampling processing unit 211 (hereinafter, also referred to as “sampling value”) and a predetermined threshold value obtained based on the equation (4) or the equation (5). In comparison, it is determined whether or not the sampling value is below the threshold value. As a result of the determination, if the sampling value is below the threshold value, the comparison / determination unit 212 determines that the capacitance of the capacitor C1 has decreased (abnormal determination), and otherwise determines that it is normal.

コンデンサC1の容量が低下した判定した場合、比較・判定部212は、例えば補助スイッチS2をOFF制御する。これにより、補助回路12bを流れるL2C2共振電流がFC11に向かって逆流することを回避することができる。したがって、L2C2共振電流によりFC11が逆充電されることを防止でき、FC11の性能劣化が生じることを防止できる。   When it is determined that the capacity of the capacitor C1 has decreased, the comparison / determination unit 212 controls, for example, the auxiliary switch S2 to be OFF. Thereby, it is possible to avoid the L2C2 resonance current flowing through the auxiliary circuit 12b from flowing backward toward the FC11. Therefore, it is possible to prevent the FC11 from being reversely charged by the L2C2 resonance current, and to prevent performance degradation of the FC11.

なお、比較・判定部212での異常判定は、前記閾値を下回った状態が所定時間継続した場合に行なうようにしてもよい。また、比較・判定部212による判定結果は、例えばECU20から車両1の運転者や保守者に提示することができる。提示態様の一例としては、車両1に設けられた所定の警報ランプの点灯や、車両1に設けられたスピーカからの音声出力等が挙げられる。   The abnormality determination by the comparison / determination unit 212 may be performed when a state below the threshold value continues for a predetermined time. Further, the determination result by the comparison / determination unit 212 can be presented from the ECU 20 to the driver or maintenance person of the vehicle 1, for example. As an example of the presentation mode, lighting of a predetermined alarm lamp provided in the vehicle 1, sound output from a speaker provided in the vehicle 1, and the like can be given.

前記閾値は、ECU20内のRAM等のメモリに記憶しておくことができる。また、比較・判定部212での異常判定は、誤差範囲内の閾値からのずれを許容するように設定してもよい。当該許容範囲は、システム設計要件に応じて決定することができる。   The threshold value can be stored in a memory such as a RAM in the ECU 20. Further, the abnormality determination in the comparison / determination unit 212 may be set so as to allow deviation from a threshold value within the error range. The permissible range can be determined according to system design requirements.

(変形例1)
ECU20は、例えば図10に示すような機能を具備することとしてもよい。すなわち、当該ECU20は、例示的に、既述のサンプリング処理部211のほか、ピークホールド処理部222及び比較・判定部223としての機能を具備していてもよい。
(Modification 1)
The ECU 20 may have a function as shown in FIG. 10, for example. That is, for example, the ECU 20 may have functions as the peak hold processing unit 222 and the comparison / determination unit 223 in addition to the sampling processing unit 211 described above.

ここで、ピークホールド処理部222は、サンプリング処理部211でサンプリングされた電流センサ値のピーク値を保持する。なお、当該ピークホールド処理部222の機能は、ハードウェアのピークホールド回路として設けることもできる。   Here, the peak hold processing unit 222 holds the peak value of the current sensor value sampled by the sampling processing unit 211. The function of the peak hold processing unit 222 can be provided as a hardware peak hold circuit.

そして、比較・判定部223は、ピークホールド処理部222で保持されたセンサ値と所定の閾値とを比較して、センサ値が閾値を下回っている場合に、コンデンサC1の容量低下と判定(異常判定)し、そうでなければ正常と判定する。異常判定時のECU20の動作、制御は上述した実施形態と同様である。   Then, the comparison / determination unit 223 compares the sensor value held by the peak hold processing unit 222 with a predetermined threshold value, and determines that the capacitance of the capacitor C1 is reduced (abnormal) when the sensor value is below the threshold value. If not, it is determined as normal. The operation and control of the ECU 20 at the time of abnormality determination are the same as in the above-described embodiment.

本変形例1によれば、ECU20は、上述した実施形態に比して、閾値とピークホールド処理部222における電流センサ値のピーク値との比較でよいから、比較・判定処理を簡易化することができ、ECU20(CPU)の処理負荷を軽減できる。   According to the first modification, the ECU 20 can compare the threshold value with the peak value of the current sensor value in the peak hold processing unit 222 as compared with the above-described embodiment, and thus simplify the comparison / determination process. And the processing load on the ECU 20 (CPU) can be reduced.

(変形例2)
図11は、変形例2に係る昇圧コンバータ12に着目した回路図である。図11に示すFC11と昇圧コンバータ12との間には、回生電流阻止回路12c及びバイパス回路12dが設けられている。
(Modification 2)
FIG. 11 is a circuit diagram focusing on the boost converter 12 according to the second modification. A regenerative current blocking circuit 12c and a bypass circuit 12d are provided between the FC 11 and the boost converter 12 shown in FIG.

回生電流阻止回路12cは、一端がFC11の高電位側に接続されるとともに、他端が主回路12aの要素であるリアクトルL1に直列接続されており、FC11の高電位側に向かって逆流(回生)する回生電流を阻止する回路である。回生電流阻止回路12cには、例示的に、ダイオードD6又はリアクトルL3を用いることができる。ダイオードD6を用いる場合には、アノードをFC11の高電位側の電気経路に接続するとともに、カソードをリアクトルL1側の電気経路に接続する。   The regenerative current blocking circuit 12c has one end connected to the high potential side of the FC11 and the other end connected in series to the reactor L1 that is an element of the main circuit 12a, and backflow (regeneration) toward the high potential side of the FC11. It is a circuit that prevents the regenerative current. As the regenerative current blocking circuit 12c, for example, a diode D6 or a reactor L3 can be used. When the diode D6 is used, the anode is connected to the electric path on the high potential side of the FC 11 and the cathode is connected to the electric path on the reactor L1 side.

バイパス回路12dは、例示的に、一端がFC11の高電位側に接続されるとともに、他端が回生電流阻止回路12cとリアクトルL1との間の電気経路に接続された入力コンデンサC1の接続点に接続されている。当該バイパス回路12dは、例えばECU20によってON/OFF制御が可能であり、ON制御されることにより回生電流阻止回路12cを経由する電気経路をバイパスすることができる。バイパス回路12dには、例示的に、リレースイッチを用いることができる。   For example, the bypass circuit 12d has one end connected to the high potential side of the FC 11 and the other end connected to the connection point of the input capacitor C1 connected to the electric path between the regenerative current blocking circuit 12c and the reactor L1. It is connected. The bypass circuit 12d can be ON / OFF controlled by, for example, the ECU 20, and can bypass the electric path that passes through the regenerative current blocking circuit 12c by being ON-controlled. For example, a relay switch can be used for the bypass circuit 12d.

バイパス回路12dは、例示的に、ECU20にてコンデンサC1の容量が低下したと判定されない間、ON制御される(バイパス状態)。一方、コンデンサC1の容量が低下したと判定された場合、バイパス回路12dは、OFF制御される(非バイパス状態)。   For example, the bypass circuit 12d is ON-controlled while the ECU 20 does not determine that the capacity of the capacitor C1 has decreased (bypass state). On the other hand, when it is determined that the capacitance of the capacitor C1 has decreased, the bypass circuit 12d is controlled to be OFF (non-bypass state).

これにより、コンデンサC1の容量が低下してコンデンサC2で吸収し切れないL2C2共振電流が存在したとしても、回生電流阻止回路12cにて当該共振電流がFC11へ回生することを阻止することができる。したがって、L2C2共振電流によりFC11が逆充電されることを防止して、FC11の性能劣化を防止することができる。   Thus, even if there is an L2C2 resonance current that cannot be completely absorbed by the capacitor C2 due to a decrease in the capacitance of the capacitor C1, the regeneration current blocking circuit 12c can prevent the resonance current from being regenerated to the FC11. Therefore, the FC11 can be prevented from being reversely charged by the L2C2 resonance current, and the performance degradation of the FC11 can be prevented.

なお、バイパス回路12dをOFF制御する場合、ECU20は、補助スイッチS2をOFF制御してもよいし、ON状態に維持してもよい。ON状態に維持した場合には、コンデンサC1の容量が低下していても、補助回路12bによるソフトスイッチングを継続できる。   When the bypass circuit 12d is controlled to be OFF, the ECU 20 may control the auxiliary switch S2 to be OFF or may be maintained in an ON state. When the ON state is maintained, the soft switching by the auxiliary circuit 12b can be continued even if the capacitance of the capacitor C1 is reduced.

〔6〕その他
上述した実施形態は、電源側からの主電流とは逆方向に共振電流が流れる電気経路を有しするDC−DCコンバータ(例えば、降圧コンバータ等の他の種類のコンバータ)に適用してもよい。また、上述した実施形態は、車載のDC−DCコンバータに限らず、パーソナルコンピュータや、オーディオビジュアル(AV)機器、携帯端末等の電気機器に搭載されているDC−DCコンバータに適用してもよい。
[6] Others The above-described embodiment is applied to a DC-DC converter (for example, another type of converter such as a step-down converter) having an electric path through which a resonance current flows in a direction opposite to the main current from the power supply side. May be. The above-described embodiment is not limited to the on-vehicle DC-DC converter, and may be applied to a DC-DC converter mounted on an electric device such as a personal computer, an audio visual (AV) device, or a portable terminal. .

1 車両
2 駆動輪
10 電源システム(燃料電池システム)
11 燃料電池(FC)(直流電源)
12 FC昇圧コンバータ
12a 主回路
12b 補助回路(スナバ回路)
12c 回生電流阻止回路
12d バイパス回路
13 バッテリ
14 バッテリ昇圧コンバータ
15 インバータ
16 モータ
20 電子制御ユニット(ECU)(判定制御部)
21 アクセルペダルセンサ
120 接続点
121 電流センサ(電流検出部)
211 サンプリング処理部
222 ピークホールド処理部
212,223 比較・判定部
C1 入力コンデンサ
C2 コンデンサ
C3 出力コンデンサ
D1〜D6
L1,L2,L3 リアクトル(コイル)
S1 スイッチング素子(メインスイッチ)
S2 スイッチング素子(補助スイッチ)
1 Vehicle 2 Drive Wheel 10 Power Supply System (Fuel Cell System)
11 Fuel cell (FC) (DC power supply)
12 FC boost converter 12a Main circuit 12b Auxiliary circuit (snubber circuit)
12c Regenerative current blocking circuit 12d Bypass circuit 13 Battery 14 Battery boost converter 15 Inverter 16 Motor 20 Electronic control unit (ECU) (determination control unit)
21 Accelerator pedal sensor 120 Connection point 121 Current sensor (current detector)
211 Sampling processing unit 222 Peak hold processing unit 212,223 Comparison / determination unit C1 input capacitor C2 capacitor C3 output capacitor D1 to D6
L1, L2, L3 reactor (coil)
S1 Switching element (main switch)
S2 Switching element (auxiliary switch)

Claims (4)

直流電源に対して並列に接続されて電流共振現象に基づくソフトスイッチングの過程で生じる共振電流を吸収するコンデンサを有する共振型コンバータに用いられる装置であって、
前記直流電源と前記コンデンサとの間を流れる電流量を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流量が所定の閾値を下回ると、前記コンデンサの容量が低下したと判定する判定制御部と、
を備えた、共振型コンバータのコンデンサ容量低下を検出する装置。
A device used for a resonant converter having a capacitor connected in parallel to a DC power source and absorbing a resonant current generated in a soft switching process based on a current resonance phenomenon,
A current detector for detecting the amount of current flowing between the DC power supply and the capacitor;
A determination control unit that determines that the capacitance of the capacitor has decreased when the amount of current detected by the current detection unit falls below a predetermined threshold;
A device for detecting a decrease in the capacitance of a resonant converter.
直流電源に対して並列に接続されて電流共振現象に基づくソフトスイッチングの過程で生じる共振電流を吸収するコンデンサを有する共振型コンバータに用いられる装置であって、
前記コンデンサの接続点と前記コンデンサとの間を流れる電流量を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流量が所定の閾値を下回ると、前記コンデンサの容量が低下したと判定する判定制御部と、
を備えた、コンデンサの容量低下を検出する装置。
A device used for a resonant converter having a capacitor connected in parallel to a DC power source and absorbing a resonant current generated in a soft switching process based on a current resonance phenomenon,
A current detection unit that detects an amount of current flowing between the connection point of the capacitor and the capacitor;
A determination control unit that determines that the capacitance of the capacitor has decreased when the amount of current detected by the current detection unit falls below a predetermined threshold;
A device for detecting a decrease in capacitance of a capacitor.
前記判定制御部は、
前記コンデンサの容量が低下したと判定すると、ON状態で前記共振電流を前記コンデンサに流通させるスイッチング素子をOFF制御する、請求項1又は2に記載の装置。
The determination control unit
The apparatus according to claim 1, wherein when it is determined that the capacity of the capacitor has decreased, the switching element that causes the resonance current to flow through the capacitor in an ON state is controlled to be OFF.
前記直流電源と前記コンデンサの接続点との間に、前記直流電源に向かう前記共振電流を阻止する電流阻止回路と、前記電流阻止回路をバイパスする電気経路上に設けられたバイパススイッチとをさらに備え、
前記判定制御部は、
前記コンデンサの容量が低下したと判定しない間は、前記バイパススイッチをON制御し、前記コンデンサの容量が低下したと判定すると、前記バイパススイッチをOFF制御する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
A current blocking circuit for blocking the resonance current toward the DC power supply; and a bypass switch provided on an electric path for bypassing the current blocking circuit between the DC power supply and the connection point of the capacitor. ,
The determination control unit
The bypass switch is ON-controlled while it is not determined that the capacity of the capacitor is reduced, and the bypass switch is OFF-controlled when it is determined that the capacity of the capacitor is reduced. The device described in 1.
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JP2017131033A (en) * 2016-01-20 2017-07-27 株式会社デンソー Switching power supply device
JP2017143711A (en) * 2016-02-12 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 Control method for fuel battery system

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