JP2011120329A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両側スイッチングモードと片側スイッチングモードの切換え時に、出力電圧を安定させることが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ装置を提供する。
【解決手段】ＤＣ/ＤＣコンバータ装置５０の制御部４８は、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の１次側の電圧Ｖ１と２次側の電圧Ｖ２の比Ｒと、当該モード切換え後の前記比Ｒを合わせる。
【選択図】図２

Description

この発明は、降圧用スイッチング素子と昇圧用スイッチング素子を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置に関する。

スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力する両側スイッチングモードと、スイッチング周期毎に降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子のいずれか一方に対して駆動信号を出力する片側スイッチングモードとを用いるＤＣ／ＤＣコンバータ装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、力行出力が閾値Ｐ１を超えるとき、昇圧用スイッチング素子のみに対して駆動信号を出力し、回生出力が閾値Ｐ２を超えるとき、降圧用スイッチング素子のみに対して駆動信号を出力する。また、力行出力が閾値Ｐ１を下回るとき、又は回生出力が閾値Ｐ２を下回るときは、降圧用及び昇圧用スイッチング素子の両方に対して駆動信号を出力する（特許文献１の図３参照）。換言すると、特許文献１では、力行出力が閾値Ｐ１を超えるとき又は回生出力が閾値Ｐ２を超えるとき、一方のスイッチング素子のみに対して駆動信号を出力する片側スイッチングモードが用いられる。また、出力が閾値Ｐ２と閾値Ｐ１の間にあるとき、両方のスイッチング素子に対して駆動信号を出力する両側スイッチングモードが用いられる。特許文献１の両側スイッチングモードでは、降圧用スイッチング素子と昇圧用スイッチング素子が同時に通流して短絡することを防止するために、駆動信号間にデッドタイムを挟む（例えば、特許文献１の段落［００２２］参照）。

特開２００６−０７４９３２号公報

上記のように、特許文献１では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に応じて、片側スイッチングモードと両側スイッチングモードとの切換えを行う。この発明の発明者は、当該切換えの際に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に意図しない電圧変動が生じることを発見した。鋭意研究の結果、当該電圧変動は、両側スイッチングモードではデッドタイムを用いるのに対し、片側スイッチングモードではデッドタイムを用いないことが一因であることを突き止めた。

すなわち、両側スイッチング制御では、両スイッチング素子の目標デューティに対応する時間からそれぞれデッドタイムが差し引かれる一方、片側スイッチングモードでは、昇圧用スイッチング素子又は降圧用スイッチング素子の目標デューティに対応する時間からデッドタイムが差し引かれない。その結果、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方に移行する際、目標デューティが滑らかに変化していても、スイッチング素子の実際のデューティはその値が飛んでしまう。このため、前記のような意図しない電圧変動が生じてしまう。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、両側スイッチングモードと片側スイッチングモードの切換え時に、出力電圧を安定させることが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、降圧用スイッチング素子と、昇圧用スイッチング素子と、リアクトルと、前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と、前記リアクトルが配置された１次側の電流を測定する電流センサと、前記１次側の電圧を測定する第１電圧センサと、前記１次側とは反対の２次側の電圧を測定する第２電圧センサとを備えるチョッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ装置であって、前記制御部は、スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力する両側スイッチングモードと、スイッチング周期毎に前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子のいずれか一方のみに対して駆動信号を出力する片側スイッチングモードとを用いて前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子を制御し、前記両側スイッチングモード及び前記片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比と、当該モード切換え後の前記比を合わせることを特徴とする。

この発明によれば、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前後で１次側の電圧と２次側の電圧の比を合わせる。これにより、モード切換えの際、デッドタイムの有無に起因した電圧変動を抑制し、出力電圧を安定させることが可能となる。

前記制御部は、前記両側スイッチングモードにおける前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比とデューティとの対応関係を規定する第１マップと、前記片側スイッチングモードにおける前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比とデューティとの対応関係を規定する第２マップとを備え、前記両側スイッチングモード及び前記片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比を検出し、当該モード切換え後のスイッチングモードについて、検出した前記比に対応するデューティを算出し、当該モード切換え後に最初に用いるデューティとして設定してもよい。これにより、比較的簡易な制御で、モード切換え前の１次側の電圧と２次側の電圧の比と、モード切換え後の前記比を合わせることが可能となる。

前記両側スイッチングモードは、前記１次側の電流の方向が切り換わるときに用い、前記片側スイッチングモードは、前記１次側から前記２次側に又は前記２次側から前記１次側に電流が流れるときに用いてもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を流れる電流がゼロアンペアに近いとき、精度良く電流を制御することが可能となる。

１スイッチング周期における前記１次側の電流のピーク値が負の値からゼロアンペアに到達したとき、前記降圧用スイッチング素子に対する前記片側スイッチングモードを開始し、又は、１スイッチング周期における前記１次側の電流のボトム値が正の値からゼロアンペアに到達したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記片側スイッチングモードを開始してもよい。これにより、モード切換えの判定を簡易に行うことが可能となる。

前記１次側の電流のボトム値がゼロアンペアを上回る第１領域と、前記１次側の電流のボトム値がゼロアンペア以下であり且つ前記１次側の電流の平均値がゼロアンペアを上回る第２領域と、前記１次側の電流の平均値がゼロである第３領域と、前記１次側の電流のピーク値がゼロアンペア以上であり且つ前記１次側の電流の平均値がゼロアンペアを下回る第４領域と、前記第１次側の電流のピーク値がゼロアンペアを下回る第５領域とを備え、前記制御部は、前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域では、前記両側スイッチングモードを用い、前記第２領域及び前記第４領域では、前記片側スイッチングモードを用い、前記第１領域乃至前記第５領域は連続して移行し、前記モード切換えの際、当該モード切換えの前後で前記第１次側の電圧と前記第２次側の電圧の比を合わせてもよい。これにより、１次側の電流がゼロアンペアを跨ぐ際にスイッチングモードが変わらないといった事象を防止することが可能となり、電圧変動を抑制することが可能となる。

前記制御部は、前記両側スイッチングモードから前記片側スイッチングモードへの移行タイミングよりも、前記片側スイッチングモードから前記両側スイッチングモードへの移行タイミングを早めてもよい。これにより、１次側の電流の変化を安定させることが可能となる。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、電気自動車に搭載され、前記１次側に電源が接続されると共に、前記２次側に回生可能な駆動モータが接続されてもよい。このような構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の出力電圧の変動によりトルクリップル（トルクの変動幅）が大きくなることを防止することが可能となる。

前記２次側には、前記駆動モータと並列に燃料電池が接続されており、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の前記２次側の出力電圧により前記燃料電池の出力制御を行ってもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力変動を抑制することにより、燃料電池の出力制御を精度良く行うことができる。

この発明によれば、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の１次側の電圧と２次側の電圧の比と、当該モード切換え後の前記比を合わせる。これにより、モード切換えの際、デッドタイムの有無に起因した電圧変動を抑制し、出力電圧を安定させることが可能となる。

この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置を搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。 上記実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を示す回路図である。 上記実施形態に係るコンバータ制御部の詳細な構成を示す回路図である。 上記実施形態において、演算部の処理を示すフローチャートである。 上記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを決定するフローチャートである。 前記演算部において、目標デューティを算出するフローチャートである。 各動作モードの移行の可否を視覚的に示す図である。 動作モードの移行前後で１次電圧と２次電圧の比を維持するように目標デューティを設定する方法を説明する図である。 上記実施形態における出力部の処理を示すフローチャートである。 動作モード毎の駆動信号の出力例を示す図である。 動作モード毎の１次電流の波形の例を示す図である。 力行状態から回生状態に移行する際の動作モードの切換えタイミングについて上記実施形態と変形例を比較した説明図である。 回生状態から力行状態に移行する際の動作モードの切換えタイミングについて上記実施形態及び上記変形例を比較した説明図である。

１．全体的な構成の説明
［全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０を搭載した燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」ともいう。）の概略全体構成図を示している。

このＦＣ車両１０は、基本的には、１次側１Ｓに１次電圧Ｖ１を発生する第１直流電源装置としてのバッテリ１２と２次側２Ｓに２次電圧Ｖ２を発生する第２直流電源装置としての燃料電池（Fuel Cell）１４とから構成されるハイブリッド直流電源装置と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ１６とから構成される。

［燃料電池とそのシステム］
燃料電池１４は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池１４には、反応ガス供給部１８が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部１８は、一方の反応ガスである水素（燃料ガス）を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気（酸化剤ガス）を圧縮するコンプレッサとを備えている。反応ガス供給部１８から燃料電池１４に供給された水素と空気の燃料電池１４内での電気化学反応により生成された発電電流がダイオード１３を介してモータ１６とバッテリ１２に供給される。

燃料電池１４及び反応ガス供給部１８は、燃料電池制御部（ＦＣ制御部）４４により制御される。

［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、一方側がバッテリ１２に接続され、他方側が燃料電池１４とモータ１６との接続点である２次側２Ｓに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次電圧Ｖ１を２次電圧Ｖ２（Ｖ１≦Ｖ２）に電圧変換（昇圧変換）するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に電圧変換（降圧変換）する昇降圧型の電圧変換装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作は、コンバータ制御部４８により制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とコンバータ制御部４８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０に含まれる。

［インバータとモータ及びドライブ系］
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流を２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通じて１次側１Ｓに供給し、バッテリ１２を充電等する。

モータ１６は、モータ制御部４６の制御下において、トランスミッション２４を通じて車輪２６を回転させる。なお、以下では、インバータ２２とモータ１６を併せて負荷２３という。

［高圧バッテリ］
１次側１Ｓに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ１２は、蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ１２の動作は、バッテリ制御部５２により制御される。

［各種センサ、メインスイッチ及び通信線］
メインスイッチ（電源スイッチ）３４と各種センサ３６が統括制御部４０に接続される。メインスイッチ３４は、ＦＣ車両１０をオン（起動又は始動）オフ（停止）するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ３６は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線３８としては、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等が使用される。

［制御部］
通信線３８に対して、統括制御部４０、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６、コンバータ制御部４８、及びバッテリ制御部５２が相互に接続される。

各制御部４０、４４、４６、４８、５２は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ３４等の各種スイッチ及び各種センサ３６の状態情報を検出するとともに制御部４０、４４、４６、４８、５２同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報（指令等）を入力とし、各ＣＰＵがメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部（機能実現手段）として動作する。制御部４０、４４、４６、４８、５２は、ＣＰＵ、メモリの他、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。

２．詳細な構成の説明
［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置］
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の詳細な構成を示している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル９０とから構成される。

相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１とダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２とダイオード８４）とで構成される。

上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２には、それぞれ例えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。

リアクトル９０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ１２の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。

上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部４８から出力されるゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８２は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。なお、コンバータ制御部４８は、１次側の平滑コンデンサ９４に並列に設けられた電圧センサ９１により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１０１により１次電流Ｉ１を検出し、２次側の平滑コンデンサ９６に並列に設けられた電圧センサ９２により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１０２により２次電流Ｉ２を検出する。

図３は、本実施形態において、コンバータ制御部４８が各駆動信号ＵＨ、ＵＬを生成する流れを示す機能ブロック図である。

コンバータ制御部４８は、演算部１２０と、出力部１２２とを有する。これらの演算部１２０及び出力部１２２は、ハードウェア又はソフトウェアのいずれとして構成してもよい。

演算部１２０は、１スイッチング周期Ｔｓｗ［ｓ］における駆動信号ＵＨ、ＵＬの出力期間［ｓ］を規定する目標デューティＤＵＴｔａｒ［％］を演算する。

演算部１２０は、減算器１３０と、フィードバック項演算部１３２（以下「ＦＢ項演算部１３２」ともいう。）と、フィードフォワード項演算部１３４（以下「ＦＦ項演算部１３４」ともいう。）と、加算器１３８と、補正部１４０とを有する。

減算器１３０は、統括制御部４０からの２次電圧Ｖ２の指令値（２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍ）［Ｖ］と電圧センサ９２からの２次電圧Ｖ２との差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃｏｍ−Ｖ２）［Ｖ］を算出してＦＢ項演算部１３２に出力する。

ＦＢ項演算部１３２は、減算器１３０からの差ΔＶ２を用いたＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）によりフィードバック項（以下「ＦＢ項」ともいう。）を演算する。

ＦＦ項演算部１３４は、電圧センサ９１からの１次電圧Ｖ１と、統括制御部４０からの２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとの商Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍであるフィードフォワード項（以下「ＦＦ項」ともいう。）を演算する。

加算器１３８は、ＦＢ項演算部１３２からのＦＢ項と、ＦＦ項演算部１３４からのＦＦ項とを加算し、その和としての暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐを補正部１４０に出力する。

補正部１４０は、電流センサ１０１からの１次電流Ｉ１に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作モードを決定すると共に、暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐ等に基づいて目標デューティＤＵＴｔａｒを演算する。そして、動作モードと目標デューティＤＵＴｔａｒを出力部１２２に出力する（詳細は後述する。）。

出力部１２２は、演算部１２０からの動作モード及び目標デューティＤＵＴｔａｒに基づいて駆動信号ＵＨ、ＵＬを出力する（詳細は後述する。）。

なお、本実施形態における暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐ及び目標デューティＤＵＴｔａｒは、上アームスイッチング素子８１のデューティ、すなわち、１スイッチング周期Ｔｓｗ［ｓ］において上アームスイッチング素子８１に対して駆動信号ＵＨが出力される期間の割合（駆動信号ＵＨがハイレベルとされる期間の割合）［％］を示す。１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて下アームスイッチング素子８２に対して駆動信号ＵＬが出力される期間の割合（駆動信号ＵＬがハイレベルとされる期間の割合）は、１００％から上アームスイッチング素子８１の割合を引いたものとされる。これとは反対に、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて下アームスイッチング素子８２に対して駆動信号ＵＬが出力される期間の割合（駆動信号ＵＬがハイレベルとされる期間の割合）を示す構成も可能である。

３．ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０の動作について説明する。

［降圧チョッパ制御及び昇圧チョッパ制御］
上述の通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０は昇降圧型である。まず、降圧及び昇圧の仕組み（制御）について簡単に説明しておく。

降圧動作（回生動作）に係る降圧チョッパ制御では、負荷２３や燃料電池１４から流れ出す２次電流Ｉ２がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過して１次電流Ｉ１としてバッテリ１２を充電等する。昇圧動作（力行動作）に係る昇圧チョッパ制御では、バッテリ１２から流れ出す１次電流Ｉ１がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過し２次電流Ｉ２としてモータ１６を含む負荷２３が駆動される。

降圧チョッパ制御では、駆動信号ＵＨにより上アームスイッチング素子８１に電流が流れている（通流している）期間には、２次電流Ｉ２が上アームスイッチング素子８１を通じてリアクトル９０に１次電流Ｉ１として流れ、リアクトル９０にエネルギが蓄積されるとともに、バッテリ１２に充電される。

次に、駆動信号ＵＬが出力されている（ハイレベルとされている）期間には、当該下アームスイッチング素子８２は通流せず、ダイオード８４が導通してリアクトル９０に蓄積されているエネルギが放出され、バッテリ１２に充電される。

昇圧チョッパ制御では、駆動信号ＵＬが出力されている（ハイレベルとされている）期間には、バッテリ１２からの１次電流Ｉ１によりリアクトル９０にエネルギが蓄積される。なお、このとき、２次側の平滑コンデンサ９６から負荷２３に電流が供給されている。

次に、駆動信号ＵＨが出力されている期間には、当該上アームスイッチング素子８１は通流せず、ダイオード８３が導通してリアクトル９０に蓄積されているエネルギが放出され、リアクトル９０からの１次電流Ｉ１がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通過し、２次電流Ｉ２として２次側の平滑コンデンサ９６を充電するとともに、負荷２３に供給される。

［両側スイッチング制御及び片側スイッチング制御］
次に、降圧チョッパ制御と昇圧チョッパ制御の用い方について説明する。本実施形態では、スイッチング周期Ｔｓｗを固定するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御において、両側スイッチング制御と片側スイッチング制御を選択的に用いる。なお、ＰＷＭ制御の代わりに、スイッチング周期Ｔｓｗを可変とするＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御を用いることもできる。

両側スイッチング制御は、スイッチング周期Ｔｓｗ毎にデッドタイムｄｔを挟んで上アームスイッチング素子８１（降圧用）及び下アームスイッチング素子８２（昇圧用）に対して交互に駆動信号ＵＨ、ＵＬを出力するものである。

両側スイッチング制御では、上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２に対して交互に駆動信号ＵＨ、ＵＬが出力されるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が降圧中（ＦＣ車両１０が回生中）であれば、上アームスイッチング素子８１のみが通流し、下アームスイッチング素子８２は通流しない。同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧中（ＦＣ車両１０が力行中）であれば、下アームスイッチング素子８２のみが通流し、上アームスイッチング素子８１は通流しない。

片側スイッチング制御は、スイッチング周期Ｔｓｗ毎に上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２のいずれか一方に対して駆動信号ＵＨ、ＵＬを出力するものである。換言すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が降圧中であるとき、降圧チョッパ制御を用い、上アームスイッチング素子８１に対して駆動信号ＵＨを送信する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧中であるとき、昇圧チョッパ制御を用い、下アームスイッチング素子８２に対して駆動信号ＵＬを送信する。

［演算部１２０の処理］
次に、上記両側スイッチング制御及び片側スイッチング制御に関連した演算部１２０の処理について説明する。

図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の演算部１２０における処理のフローチャートである。ステップＳ１において、演算部１２０の減算器１３０は、統括制御部４０からの２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍと電圧センサ９２からの２次電圧Ｖ２との差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃｏｍ−Ｖ２）を算出する。なお、統括制御部４０は、ＦＣ車両１０の要求出力に応じて燃料電池１４の目標出力を決定し、この目標出力に応じた２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを算出する。そして、２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍを介して２次電圧Ｖ２を制御することにより、燃料電池１４の出力を制御する。

ステップＳ２において、演算部１２０のＦＢ項演算部１３２は、ステップＳ１で算出した差ΔＶ２を用いたＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）によりＦＢ項を演算する。

ステップＳ３において、ＦＦ項演算部１３４は、電圧センサ９１からの１次電圧Ｖ１と、統括制御部４０からの２次電圧指令値Ｖ２ｃｏｍとの商Ｖ１／Ｖ２ｃｏｍであるＦＦ項を演算する。

ステップＳ４において、演算部１２０の加算器１３８は、ステップＳ２で演算したＦＢ項と、ステップＳ３で演算したＦＦ項とを加算し、その和としての暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐを算出する。

ステップＳ５において、演算部１２０の補正部１４０は、次のスイッチング周期Ｔｓｗで用いるＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作モードを決定する。

本実施形態では、５つの動作モード（モード１〜５）を設定している。モード１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧中の状態（ＦＣ車両１０が力行中の状態）において用いる。モード２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は昇圧中であるが１次電流Ｉ１がゼロアンペアに近い状態（ＦＣ車両１０が力行中であるが力行停止に近い状態）において用いる。なお、以下では、当該状態を「昇圧―ゼロアンペア移行状態」又は「昇圧―０Ａ移行状態」ともいう。

モード３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧及び降圧のいずれも実質的に行っていない状態（ＦＣ車両１０が力行及び回生のいずれも実質的に行っていない状態）において用いる。なお、以下では、当該状態を「ゼロアンペア跨ぎ状態」又は「０Ａ跨ぎ状態」ともいう。

モード４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は降圧中であるが１次電流Ｉ１がゼロアンペアに近い状態（ＦＣ車両１０が回生中であるが回生停止に近い状態）において用いる。なお、以下では、当該状態を「降圧―ゼロアンペア移行状態」又は「降圧―０Ａ移行状態」ともいう。モード５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が降圧中の状態（ＦＣ車両１０が回生中の状態）において用いる。

なお、本実施形態では、モード１、３、５のとき、両側スイッチング制御を用い、モード２、４のとき、片側スイッチング制御を用いる（詳細は後述する。）。

図５には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作モードを決定するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、補正部１４０は、電流センサ１０１からの１次電流Ｉ１に基づいて１次電流Ｉ１の平均値Ｉ１ｒｍｓ［Ａ］を算出する。本実施形態の平均値Ｉ１ｒｍｓは、各スイッチング周期Ｔｓｗのうち平均値Ｉ１ｒｍｓを判定するための期間（平均値判定期間）における二乗平均平方根を用いるが、単純移動平均等の平均値を用いてもよい。また、平均値Ｉ１ｒｍｓの算出は、各スイッチング周期Ｔｓｗの一部の期間で行う。

ステップＳ１２において、補正部１４０は、平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロより大きいかどうかを判定する。平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロより大きい場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、補正部１４０は、１次電流Ｉ１のボトム値Ｉ１ｂｍ［Ａ］を判定する。当該判定は、各スイッチング周期Ｔｓｗのうちボトム値Ｉ１ｂｍを判定するための期間（ボトム値判定期間）において最も低い値を随時更新し、ボトム値判定期間終了時において最も低い値をそのスイッチング周期Ｔｓｗのボトム値Ｉ１ｂｍとする。

続くステップＳ１４において、補正部１４０は、ボトム値Ｉ１ｂｍがゼロアンペアを超えるかどうかを判定する。ボトム値Ｉ１ｂｍがゼロアンペアを超える場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、補正部１４０は、昇圧状態において用いるモード１を動作モードとして選択する。ボトム値Ｉ１ｂｍがゼロアンペア以下である場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１６において、補正部１４０は、昇圧―０Ａ移行状態において用いるモード２を動作モードとして選択する。

ステップＳ１２に戻り、平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロ以下である場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１７において、補正部１４０は、平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロアンペアであるかどうかを判定する。平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロアンペアである場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、補正部１４０は、０Ａ跨ぎ状態において用いるモード３を動作モードとして選択する。

平均値Ｉ１ｒｍｓがゼロアンペアでない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ステップＳ１９において、補正部１４０は、１次電流Ｉ１のピーク値Ｉ１ｐｋ［Ａ］を判定する。当該判定は、各スイッチング周期Ｔｓｗのうちピーク値Ｉ１ｐｋを判定するための期間（ピーク値判定期間）において最も高い値を随時更新し、ピーク値判定期間終了時において最も高い値をそのスイッチング周期Ｔｓｗのピーク値Ｉ１ｐｋとする。

続くステップＳ２０において、補正部１４０は、ピーク値Ｉ１ｐｋがゼロアンペア未満であるかどうかを判定する。ピーク値Ｉ１ｐｋがゼロアンペア未満でない場合（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ２１において、補正部１４０は、降圧―０Ａ移行状態において用いるモード４を動作モードとして選択する。ピーク値Ｉ１ｐｋがゼロアンペア未満である場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、補正部１４０は、降圧状態において用いるモード５を動作モードとして選択する。

以上のような図５の処理を行うことにより次回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いる動作モードを決定する。

図４に戻り、ステップＳ６において、補正部１４０は、ステップＳ５で決定した動作モード（次のスイッチング周期Ｔｓｗで用いるもの）に基づき、必要に応じて暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐを補正して目標デューティＤＵＴｔａｒを算出する。

図６には、目標デューティＤＵＴｔａｒの算出（図４のＳ６）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、補正部１４０は、次のスイッチング周期Ｔｓｗにおいて動作モードの切換え（移行）を要するかどうかを判定する。当該判定は、例えば、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている動作モードと、次のスイッチング周期Ｔｓｗで用いる予定の動作モードとを比較し、両動作モードが同一であるかどうかを判定することにより行う。

但し、図７に示すように、両動作モードが異なる場合でも、２段階以上の移行は制限する。例えば、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている動作モードがモード１であり、図５の処理の結果、次のスイッチング周期Ｔｓｗで用いる動作モードとしてモード３が選択された場合でも、モード１からモード３へは直接移行することを禁止し、次のスイッチング周期Ｔｓｗでは、動作モードとしてモード２を選択する。

次のスイッチング周期Ｔｓｗにおいて動作モードの切換えを要しない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、ステップＳ３２において、補正部１４０は、暫定目標デューティＤＵＴｔａｒ＿ｐをそのまま目標デューティＤＵＴｔａｒとして設定する。次のスイッチング周期Ｔｓｗにおいて動作モードの切換えを要する場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３において、補正部１４０は、電圧センサ９２が検出した２次電圧Ｖ２と電圧センサ９１が検出した１次電圧Ｖ１の比Ｒを算出する（Ｒ＝Ｖ２／Ｖ１）。この比Ｒは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧しているときは昇圧率を示し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が降圧しているときは降圧率の逆数を示す。

ステップＳ３４において、補正部１４０は、次のスイッチング周期Ｔｓｗで用いる動作モードについて、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている目標デューティＤＵＴｔａｒに対応するデューティＤＵＴを判定する。

すなわち、図７を用いて上述したように、本実施形態では、動作モードは１段階ずつの移行（例えば、モード１からモード２への移行、モード４からモード３への移行）しか許可されず、２段階以上の移行（例えば、モード１からモード３への移行、モード４からモード２への移行）は禁止される。また、モード１、３、５は両側スイッチング制御を用い、モード２、４は片側スイッチング制御を用いる。

このため、動作モードが移行するときは、常に、両側スイッチング制御から片側スイッチング制御への移行、又は片側スイッチング制御から両側スイッチング制御への移行のいずれかに該当する。

また、両側スイッチング制御では駆動信号ＵＨ、ＵＬのそれぞれにデッドタイムｄｔを付与するのに対し、片側スイッチング制御では、駆動信号ＵＨ、ＵＬにデッドタイムｄｔを付与しない。

その結果、動作モードの移行に伴って何らの対応も取らなければ、デッドタイムｄｔの有無に起因した意図しない２次電圧Ｖ２の変動（昇圧時）又は意図しない１次電圧の変動（降圧時）が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、上記のような意図しない電圧変動を防止するため、デッドタイムｄｔの有無の変化を補償する処理を行う。換言すると、動作モードの移行後、最初の目標デューティＤＵＴｔａｒについては、当該動作モードの移行前、最後の目標デューティＤＵＴｔａｒが実現した２次電圧Ｖ２と１次電圧Ｖ１の比Ｒを維持するような値に設定する処理を行う。

図８には、動作モードの移行前後で比Ｒを維持するように目標デューティＤＵＴｔａｒを設定する方法を説明する図が示されている。

まず、図８の見方について説明する。図８中、左側のマップ２００は、両側スイッチング制御（モード１、３、５）におけるデューティＤＵＴと比Ｒの関係を示し、モード１に対応する特性２０２と、モード３に対応する特性２０６と、モード５に対応する特性２１０とが含まれている。図８中、右側のマップ３００は、片側スイッチング制御（モード２、４）におけるデューティＤＵＴと比Ｒの関係を示し、モード２に対応する特性２０４と、モード４に対応する特性２０８とが含まれている。

なお、上述のように、本実施形態におけるデューティＤＵＴは、上アームスイッチング素子８１のデューティ、すなわち、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて上アームスイッチング素子８１に対して駆動信号ＵＨが出力される期間の割合（駆動信号ＵＨがハイレベルとされる期間の割合）［％］を示す。また、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて下アームスイッチング素子８２に対して駆動信号ＵＬが出力される期間の割合（駆動信号ＵＬがハイレベルとされる期間の割合）は、１００％から上アームスイッチング素子８１の割合を引いたものとされる。

従って、モード１の特性２０２は、デューティＤＵＴが下がるほど、駆動信号ＵＬのオン時間は長くなり、比Ｒ（昇圧率）が高くなる。同様に、モード５に対応する特性２１０は、デューティＤＵＴが下がるほど、駆動信号ＵＨのオン時間は短くなり、比Ｒ（降圧率）は高くなる。

モード３に対応する特性２０６についても同様であるが、モード３では１次電流Ｉ１がゼロアンペアを跨ぐため、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて１次電流Ｉ１の方向が反転する。その結果、例えば、昇圧をするにしても、１次電流Ｉ１が正となっている時間は、モード１の場合よりも短くなるため、リアクトル９０にエネルギを蓄える時間も短くなってしまう。このため、モード３の特性２０６は、モード１の特性２０２と比べて、デューティＤＵＴに対応する比Ｒが異なる。なお、各特性２０２、２０４、２０６、２０８、２１０は、実測値、理論値、シミュレーション値等を用いることができる。また、これらの特性２０２、２０４、２０６、２０８、２１０（マップ２００、３００）は、コンバータ制御部４８の図示しない記憶手段に記憶されている。

次に、片側スイッチング制御に関するマップ３００であるが、まず、マップ３００は、モード２、４に対応する特性２０４、２０８の傾きを強調するため、マップ２００と比較して横軸の縮尺が約２倍になっていること（マップ２００では横軸の１目盛りが１０であるのに対し、マップ３００では横軸の１目盛りが５であること）に留意されたい。

また、モード２の特性２０４は、デューティＤＵＴが増加するほど比Ｒ（昇圧率）が増加しているが、これは、特性２０４についてだけは、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて下アームスイッチング素子８２に対して駆動信号ＵＬが出力される期間の割合（駆動信号ＵＬがハイレベルとされる期間の割合）をデューティＤＵＴとして表現しているためである。

以上を踏まえた上で、図６のステップＳ３４の処理を用いた例について、図８を参照して以下に説明する。図８の点Ｐ１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の最大昇圧率（比Ｒの最大値）が実現されている。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、昇圧状態にあり、動作モードはモード１であり、ＦＣ車両１０は力行状態にある。

その後、徐々に比Ｒ（昇圧率）を下げていき、点Ｐ２（ＤＵＴ＝３８）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、昇圧―０Ａ移行状態になったものとする。この場合、補正部１４０は、動作モードをモード１からモード２に切り換えようとする。そこで、補正部１４０は、今回のスイッチング周期Ｔｓｗ（すなわち、点Ｐ２）における比Ｒ（昇圧率）を確認する。図８のマップ２００において、点２における比Ｒは、２．０５である。

次いで、補正部１４０は、点２における比Ｒ（＝２．０５）に対応するデューティＤＵＴをモード２の特性２０４から見出す。図８のマップ３００では、点Ｐ３におけるデューティＤＵＴ（＝５２）がこれに対応する。

なお、点Ｐ２におけるデューティＤＵＴが３８であるのに対し、点Ｐ３におけるデューティＤＵＴは５２である。上記の通り、点Ｐ２、Ｐ３のデューティＤＵＴは、比Ｒ（昇圧率）が等しくなるため、その数値は同一になるはずであるが、図８において、点Ｐ２におけるデューティＤＵＴが３８であるのに対し、点Ｐ３におけるデューティＤＵＴは５２であり、両者は異なる。これは、次の理由による。

すなわち、モード１の特性２０２については、デューティＤＵＴは、上アームスイッチング素子８１のデューティＤＵＴを示すのに対し、モード２の特性２０４については、デューティＤＵＴは、下アームスイッチング素子８２のデューティＤＵＴを示す。従って、両者を比較するときは、一方のデューティを１００［％］から引いたものと、他方とを比較する必要がある。例えば、点Ｐ３のデューティＤＵＴ（＝５２）を１００から引いたもの（４８）と、点Ｐ２のデューティＤＵＴ（＝３８）を比較する。それでも、点Ｐ２のデューティＤＵＴの方が１０［％］小さいが、これはデッドタイムｄｔの分である。換言すると、モード１の特性２０２のデューティＤＵＴに、デッドタイムｄｔ分の１０［％］を加えたものが、モード２の特性２０４のデューティＤＵＴに対応する。

話を戻し、点Ｐ３の状態からさらに比Ｒ（昇圧率）を下げていくと、点Ｐ４（ＤＵＴ＝５１）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は０Ａ跨ぎ状態になったものとする。この場合、補正部１４０は、動作モードをモード２からモード３に切り換えようとする。そこで、補正部１４０は、今回のスイッチング周期Ｔｓｗ（すなわち、点Ｐ４）における比Ｒ（昇圧率）を確認する。点Ｐ４における比Ｒは、２．０３である。次いで、補正部１４０は、点Ｐ４における比Ｒ（＝２．０３）に対応するデューティＤＵＴをモード３の特性２０６から見出す。図８のマップ２００では、点Ｐ５におけるデューティＤＵＴ（＝４９）がこれに対応する。

その後、比Ｒ（昇圧率、降圧率の逆数）を下げていき、点Ｐ６（ＤＵＴ＝５１）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、降圧―０Ａ移行状態になったものとする。この場合、補正部１４０は、動作モードをモード３からモード４に切り換えようとする。そこで、補正部１４０は、今回のスイッチング周期Ｔｓｗ（すなわち、点Ｐ６）における比Ｒを確認する。点Ｐ６における比Ｒは、１．９８である。次いで、補正部１４０は、点Ｐ６における比Ｒ（＝１．９８）に対応するデューティＤＵＴをモード４の特性２０８から見出す。図８のマップ３００では、点Ｐ７におけるデューティＤＵＴ（＝５１）が対応する。

その後、さらに比Ｒを下げていき、点Ｐ８（ＤＵＴ＝５２）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、降圧−０Ａ移行状態から降圧状態になったものとする。この場合、補正部１４０は、動作モードをモード４からモード５に切り換えようとする。そこで、補正部１４０は、今回のスイッチング周期Ｔｓｗ（すなわち、点Ｐ８）における比Ｒを確認する。点Ｐ８における比Ｒは、１．９５である。次いで、補正部１４０は、点Ｐ８における比Ｒ（＝１．９５）に対応するデューティＤＵＴをモード５の特性２１０から見出す。図８のマップ２００では、点Ｐ９におけるデューティＤＵＴ（＝６２）が対応する。

その後、さらに比Ｒを下げていき、点Ｐ１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の比Ｒの最小値が実現される。

以上のように、補正部１４０は、動作モードを移行させるときは、移行直前のスイッチング周期Ｔｓｗにおける比Ｒを、移行直後のスイッチング周期Ｔｓｗでも維持するデューティＤＵＴを判定する。

なお、図８の例は、あくまで１次電流Ｉ１との関係でたまたまそのようになったのに過ぎないのであり、各動作モードが移行する比Ｒは１次電流Ｉ１に応じて変動する可能性があることに留意されたい。

図６に戻り、ステップＳ３５において、補正部１４０は、ステップＳ３４で判定したデューティＤＵＴを、次のスイッチング周期Ｔｓｗの目標デューティＤＵＴとして設定する。

図４に戻り、ステップＳ７において、補正部１４０は、ステップＳ５で決定した動作モードと、ステップＳ６で算出した目標デューティＤＵＴｔａｒとを出力部１２２に送信する。

［出力部１２２の処理］
次に、上記両側スイッチング制御及び片側スイッチング制御に関連した出力部１２２の処理について説明する。

図９には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力部１２２における処理のフローチャートが示されている。図１０には、動作モード毎の駆動信号ＵＨ、ＵＬの出力例が示されている。図１１には、動作モード毎の１次電流Ｉ１の波形の例が示されている。

図９のステップＳ４１において、出力部１２２は、目標デューティＤＵＴｔａｒ及び動作モードを演算部１２０から受信する。ステップＳ４２において、出力部１２２は、動作モードがモード１、３、５のいずれかであるかどうか（すなわち、両側スイッチング制御であるかどうか）を判定する。

動作モードがモード１、３、５のいずれかである場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３において、出力部１２２は、両側スイッチング制御を用いた動作制御を行う。

すなわち、出力部１２２は、まず、目標デューティＤＵＴｔａｒに対応する期間としての上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒ［ｓ］と、スイッチング周期Ｔｓｗから上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒを引いた期間（下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒ）［ｓ］を演算する。下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒは、１００［％］から目標デューティＤＵＴｔａｒを引いたもの（１００−ＤＵＴｔａｒ）に対応する期間である。そして、上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒ及び下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒのそれぞれに１箇所のデッドタイムｄｔを割り付ける。これにより、上アームスイッチング素子８１に駆動信号ＵＨを実際に出力する期間である上アーム駆動期間Ｔｕｄ［ｓ］と、下アームスイッチング素子８２に駆動信号ＵＬを実際に出力する期間である下アーム駆動期間Ｔｌｄとを決定する。そして、出力部１２２は、上アーム駆動期間Ｔｕｄに応じて駆動信号ＵＨを出力し、下アーム駆動期間Ｔｌｄに応じて駆動信号ＵＬを出力する。

その結果、動作モードがモード１である場合（ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態が「昇圧状態」である場合）、駆動信号ＵＨ、ＵＬは、図１０のモード１に対応する波形のようになり、１次電流Ｉ１は図１１の波形３０２のようになる。上述の通り、両方のスイッチング素子８１、８２に駆動信号ＵＨ、ＵＬが出力されても、昇圧状態では、下アームスイッチング素子８２のみが通流し、上アームスイッチング素子８１は通流しない。

また、動作モードがモード３である場合（ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態が「０Ａ跨ぎ状態」である場合）、駆動信号ＵＨ、ＵＬは、図１０のモード３に対応する波形のようになり、１次電流Ｉ１は、図１１の波形３０６のようになる。０Ａ跨ぎ状態では、１次電流Ｉ１が正の場合及び負の場合の両方が存在するため、１次電流Ｉ１が正であるとき、下アームスイッチング素子８２への駆動信号ＵＬがオンであれば、下アームスイッチング素子８２は通流する。また、１次電流Ｉ１が負であるとき、上アームスイッチング素子８１への駆動信号ＵＨがオンであれば、上アームスイッチング素子８１は通流する。なお、１次電流Ｉ１が正であるとき、上アームスイッチング素子８１への駆動信号ＵＨがオンである又はデッドタイムである場合、両方のスイッチング素子８１、８２が通流しない。同様に、１次電流Ｉ１が負であるとき、下アームスイッチング素子８２への駆動信号ＵＬがオンである又はデッドタイムである場合、両方のスイッチング素子８１、８２が通流しない。

動作モードがモード５である場合（ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態が「降圧状態」である場合）、駆動信号ＵＨ、ＵＬは、図１０のモード５に対応する波形のようになり、１次電流Ｉ１は、図１１の波形３１０のようになる。上述の通り、両方のスイッチング素子８１、８２に駆動信号ＵＨ、ＵＬが出力されても、降圧状態では、上アームスイッチング素子８１のみが通流し、下アームスイッチング素子８２は通流しない。

図９に戻り、ステップＳ４２において、動作モードがモード１、３、５のいずれでもない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ４４において、出力部１２２は、動作モードがモード２であるかどうか（ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態が「昇圧―０Ａ移行状態」であるかどうか）を判定する。動作モードがモード２である場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、ステップＳ４５において、出力部１２２は、下アームスイッチング素子８２に対する片側スイッチング制御を用いた動作制御を行う。

すなわち、出力部１２２は、まず、目標デューティＤＵＴｔａｒに対応する期間としての上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒと、スイッチング周期Ｔｓｗから上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒを引いた期間である下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒを演算する。そして、デッドタイムｄｔの割付けを行うことなしに、下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒに応じて駆動信号ＵＬを出力する（換言すると、下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒをそのまま下アーム駆動期間Ｔｌｄとしている。）。

その結果、図１０のモード２に示すように、駆動信号ＵＬのみが出力され、駆動信号ＵＨは出力されない。また、１次電流Ｉ１は図１１の波形３０４のようになる。すなわち、下アームスイッチング素子８２に駆動信号ＵＬが出力され、下アームスイッチング素子８２が通流している間は１次電流Ｉ１が増加し、その後、駆動信号ＵＬの出力が止まると１次電流Ｉ１が低下する。そして、上アームスイッチング素子８１には駆動信号ＵＨが出力されないため、その後、１次電流Ｉ１はゼロアンペアの状態が続く。次に、下アームスイッチング素子８２に駆動信号ＵＬが出力され、下アームスイッチング素子８２の通流が開始すると、１次電流Ｉ１も増加を再開する。

動作モードがモード２でない場合（Ｓ４４：ＮＯ）、動作モードはモード４であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作状態は、「降圧―０Ａ移行状態」である。この場合、ステップＳ４６において、出力部１２２は、上アームスイッチング素子８１に対する片側スイッチング制御を用いた動作制御を行う。

すなわち、出力部１２２は、まず、目標デューティＤＵＴｔａｒに対応する期間としての上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒを演算する。そして、デッドタイムｄｔの割付けを行うことなしに、上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒに応じて駆動信号ＵＬを出力する（換言すると、上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒをそのまま上アーム駆動期間Ｔｕｄとしている。）。

その結果、図１０のモード４に示すように、駆動信号ＵＨのみが出力され、駆動信号ＵＬは出力されない。また、１次電流Ｉ１は、図１１の波形３０８のようになる。すなわち、上アームスイッチング素子８１に駆動信号ＵＨが出力され、上アームスイッチング素子８１が通流している間は１次電流Ｉ１が負の方向に増加し、その後、駆動信号ＵＨの出力が止まると１次電流Ｉ１がゼロアンペアに向かって低下する。そして、下アームスイッチング素子８２には駆動信号ＵＬが出力されないため、その後、１次電流Ｉ１はゼロアンペアの状態が続く。次に、上アームスイッチング素子８１に駆動信号ＵＨが出力され、上アームスイッチング素子８１の通流が開始すると、１次電流Ｉ１も負の方向への増加を再開する。

以上のような方法により、駆動信号ＵＨ、ＵＬを出力し、上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２を駆動させて１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２を制御する。加えて、２次電圧Ｖ２を制御することにより、燃料電池１４の出力も制御する。

４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前後で比Ｒ（＝Ｖ２／Ｖ１）を合わせる。これにより、モード切換えの際、デッドタイムｄｔの有無に起因した電圧変動を抑制し、出力電圧を安定させることが可能となる。

上記実施形態において、演算部１２０の補正部１４０は、両側スイッチングモードにおける比ＲとデューティＤＵＴとの対応関係を規定するマップ２００と、片側スイッチングモードにおける比ＲとデューティＤＵＴとの対応関係を規定するマップ３００とを備え、両側スイッチングモード及び片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の比Ｒを検出し、当該モード切換え後のスイッチングモードについて、検出した比Ｒに対応するデューティＤＵＴを算出し、当該モード切換え後に最初に用いる目標デューティＤＵＴｔａｒとして設定する。これにより、比較的簡易な制御で、モード切換え前後の比Ｒを合わせることが可能となる。

上記実施形態において、両側スイッチングモード（モード３）は、１次電流Ｉ１の方向が切り換わる０Ａ跨ぎ状態のときに用い、片側スイッチングモード（モード２、４）は、１次電流Ｉ１がゼロアンペア近傍のときである昇圧−０Ａ移行状態又は降圧−０Ａ移行状態のときに用いる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を流れる１次電流Ｉ１がゼロアンペアに近いとき、精度良く１次電流Ｉ１を制御することが可能となる。

上記実施形態において、１スイッチング周期Ｔｓｗにおける１次電流Ｉ１のピーク値Ｉ１ｐｋが負の値からゼロアンペアに到達したとき、上アームスイッチング素子８１に対する片側スイッチングモードを開始し、１スイッチング周期Ｔｓｗにおける１次電流Ｉ１のボトム値Ｉ１ｂｍが正の値からゼロアンペアに到達したとき、下アームスイッチング素子８２に対する片側スイッチングモードを開始する。これにより、モード切換えの判定を簡易に行うことが可能となる。

上記実施形態では、昇圧状態で用いるモード１と、昇圧―０Ａ移行状態で用いるモード２と、０Ａ跨ぎ状態で用いるモード３と、降圧―０Ａ移行状態で用いるモード４と、降圧状態で用いるモード５とを設定し、モード１、３、５では、両側スイッチングモードを用い、モード２、４では、片側スイッチングモードを用いる。また、モード１〜５は連続して移行し（図７参照）、モード切換えの際、当該モード切換えの前後で比Ｒを合わせる（図８参照）。これにより、１次電流Ｉ１がゼロを跨ぐ際にスイッチングモードが変わらないといった事象を防止することが可能となり、電圧変動を抑制することが可能となる。

上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０は、ＦＣ車両１０に搭載され、１次側１Ｓにバッテリ１２が接続されると共に、２次側２Ｓにモータ１６が接続されているが、上記のような構成を用いることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧の変動によりトルクリップル（トルクの変動幅）が大きくなることを防止することが可能となる。

上記実施形態では、２次側２Ｓには、モータ１６と並列に燃料電池１４が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０の２次側２Ｓの出力電圧により燃料電池１４の出力制御を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力変動を抑制することにより、燃料電池１４の出力制御を精度良く行うことができる。

５．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［搭載対象］
上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限られず、別の対象に搭載してもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０を燃料電池車両以外の電気自動車に搭載することができる。或いは、船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０を家庭用電力システムに適用してもよい。

［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
上記実施形態では、上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２の数をそれぞれ１つとしたが、これに限られず、２つ以上としてもよい。

［目標デューティ］
上記実施形態では、目標デューティＤＵＴｔａｒは、直接的には、上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒに対応するものであり、演算部１２０が、上アームスイッチング素子８１に対して駆動信号ＵＨを出力する期間として演算したものであったが、これに限られず、下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒに対応するものとしてもよい。或いは、上アーム目標駆動期間Ｔｕｄ＿ｔａｒ及び下アーム目標駆動期間Ｔｌｄ＿ｔａｒそれぞれについて目標デューティＤＵＴｔａｒを設定することもできる。

上記実施形態では、マップ２００、３００を用いてモード切換え時の目標デューティＤＵＴｔａｒを決定したが、モード切換え前後それぞれのスイッチングモードの比ＲとデューティＤＵＴとの関係を数式化し、該数式により比Ｒが合うようにモード切換え後の最初の目標デューティＤＵＴｔａｒを決定してもよい。

［動作モード］
上記実施形態では、５つの動作モード（モード１〜５）を用いたが、これに限らず、４つ以下又は６つ以上の動作モードを用いることもできる。例えば、モード２〜４のみを用いることもできる。この場合、昇圧状態及び昇圧―０Ａ移行状態では、下アームスイッチング素子８２に対する片側スイッチングモードを用い、降圧状態及び降圧−０Ａ移行状態では、上アームスイッチング素子８１に対する片側スイッチングモードを用いることができる。

［両側スイッチングモードと片側スイッチングモードの切換えタイミング］
上記実施形態では、両側スイッチングモード（モード１、３、５）から片側スイッチングモード（モード２、４）への切換えタイミングと、片側スイッチングモード（モード２、４）から両側スイッチングモード（モード１、３、５）への切換えタイミングとは、図５のフローチャートを用いて同じ基準で判定したが、これに限らず、別の基準を用いることで両方のタイミングを異ならせることもできる。

図１２は、力行（昇圧）状態から回生（降圧）状態へと移行する際の動作モードの切換えタイミングについて前記実施形態と変形例を比較した説明図である。図１３は、回生（降圧）状態から力行（昇圧）状態へと移行する際の動作モードの切換えタイミングについて前記実施形態と前記変形例を比較した説明図である。両図において「Ｍ」はモードを示し、例えば、「Ｍ１」はモード１を示す。

図１２及び図１３における変形例は、片側スイッチングモード（モード２、４）から両側スイッチングモード（モード１、３、５）への切換えタイミングを、両側スイッチングモードから片側スイッチングモードへの切換えタイミングよりも早めたものである。

このような変形例の処理は、例えば、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている動作モードが片側スイッチングモードであるか否かと、昇圧状態から降圧状態に向かっているか又は降圧状態から昇圧状態に向かっているかとに応じて、動作モードを決定するための１次電流Ｉ１の閾値を変更することで実現することができる。

例えば、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている動作モードが片側スイッチングモードであり、力行（昇圧）状態から回生（降圧）状態に向かっている場合、図５のステップＳ１２の判定を「平均値Ｉ１ｒｍｓが０Ａより大きい」の代わりに、「平均値Ｉ１ｒｍｓが１Ａより大きい」とすると共に、ステップＳ１４の判定を「ボトム値Ｉ１ｂｍが０Ａより大きい」の代わりに、「ボトム値Ｉ１ｂｍが１Ａより大きい」とする。これにより、モード２からモード３への切換えを上記実施形態よりも早く行うことができる。モード４からモード５への切換えも同様である。

また、今回のスイッチング周期Ｔｓｗで用いている動作モードが片側スイッチングモードあり、降圧状態から昇圧状態に向かっている場合、図５のステップＳ１７の判定を「平均値Ｉ１ｒｍｓが０Ａである」の代わりに、「平均値Ｉ１ｒｍｓが−１Ａより大きい」とする。これにより、モード４からモード３への切換えを上記実施形態よりも早く行うことができる。モード２からモード１への切換えも同様である。

上記のような変形例によれば、１次電流Ｉ１の変化を更に安定させることが可能となる。

１０…燃料電池車両（電気自動車） １２…バッテリ（電源）
１４…燃料電池 １６…モータ
２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ４８…コンバータ制御部（制御部）
５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置 ８１…上アームスイッチング素子
８２…下アームスイッチング素子 ９０…リアクトル
９１、９２…電圧センサ １０１、１０２…電流センサ
２００…両側スイッチングモード用のマップ
３００…片側スイッチングモード用のマップ
ｄｔ…デッドタイム ＤＵＴｔａｒ…目標デューティ
Ｉ１…１次電流 Ｉ１ｂｍ…１次電流のボトム値
Ｉ１ｐｋ…１次電流のピーク値 Ｉ１ｒｍｓ…１次電流の平均値
Ｒ…１次電圧と２次電圧の比（Ｖ２／Ｖ１）
Ｔｓｗ…スイッチング周期 Ｖ１…１次電圧
Ｖ２…２次電圧

Claims (8)

1. 降圧用スイッチング素子と、
   昇圧用スイッチング素子と、
   リアクトルと、
   前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と、
   前記リアクトルが配置された１次側の電流を測定する電流センサと、
   前記１次側の電圧を測定する第１電圧センサと、
   前記１次側とは反対の２次側の電圧を測定する第２電圧センサと
   を備えるチョッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ装置であって、
   前記制御部は、
   スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力する両側スイッチングモードと、スイッチング周期毎に前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子のいずれか一方のみに対して駆動信号を出力する片側スイッチングモードとを用いて前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子を制御し、
   前記両側スイッチングモード及び前記片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比と、当該モード切換え後の前記比を合わせる
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
2. 請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、
   前記両側スイッチングモードにおける前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比とデューティとの対応関係を規定する第１マップと、前記片側スイッチングモードにおける前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比とデューティとの対応関係を規定する第２マップとを備え、
   前記両側スイッチングモード及び前記片側スイッチングモードの一方から他方へのモード切換えを行う際、当該モード切換え前の前記１次側の電圧と前記２次側の電圧の比を検出し、
   当該モード切換え後のスイッチングモードについて、検出した前記比に対応するデューティを算出し、当該モード切換え後に最初に用いるデューティとして設定する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
3. 請求項１又は２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記両側スイッチングモードは、前記１次側の電流の方向が切り換わるときに用い、
   前記片側スイッチングモードは、前記１次側から前記２次側に又は前記２次側から前記１次側に電流が流れるときに用いる
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   １スイッチング周期における前記１次側の電流のピーク値が負の値からゼロアンペアに到達したとき、前記降圧用スイッチング素子に対する前記片側スイッチングモードを開始し、又は、
   １スイッチング周期における前記１次側の電流のボトム値が正の値からゼロアンペアに到達したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記片側スイッチングモードを開始する
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記１次側の電流のボトム値がゼロアンペアを上回る第１領域と、
   前記１次側の電流のボトム値がゼロアンペア以下であり且つ前記１次側の電流の平均値がゼロアンペアを上回る第２領域と、
   前記１次側の電流の平均値がゼロである第３領域と、
   前記１次側の電流のピーク値がゼロアンペア以上であり且つ前記１次側の電流の平均値がゼロアンペアを下回る第４領域と、
   前記第１次側の電流のピーク値がゼロアンペアを下回る第５領域と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域では、前記両側スイッチングモードを用い、前記第２領域及び前記第４領域では、前記片側スイッチングモードを用い、
   前記第１領域乃至前記第５領域は連続して移行し、
   前記モード切換えの際、当該モード切換えの前後で前記第１次側の電圧と前記第２次側の電圧の比を合わせる
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記制御部は、前記両側スイッチングモードから前記片側スイッチングモードへの移行タイミングよりも、前記片側スイッチングモードから前記両側スイッチングモードへの移行タイミングを早める
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置は、電気自動車に搭載され、
   前記１次側に電源が接続されると共に、前記２次側に回生可能な駆動モータが接続されている
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
8. 請求項７記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
   前記２次側には、前記駆動モータと並列に燃料電池が接続されており、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の前記２次側の出力電圧により前記燃料電池の出力制御を行う
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。

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