JP2015208203A - スイッチング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電圧変換器及び電力変換器における重畳サージの発生を回避しつつ、制御性の低下を防止するスイッチング制御装置を提供する。【解決手段】昇圧コンバータ及びインバータを備えるモータジェネレータ駆動システムに適用されるスイッチング制御装置は、昇圧コンバータ、及びインバータのいずれかの相の切替タイミングが重ならないように昇圧コンバータの切替タイミングｔｓｗを補正することで、サージ電圧の重畳を回避する。また、切替補正手段は、補正対象の切替タイミングｔｓｗを、切替禁止期間Ｐｐの開始タイミングｔｐａに早める方向、又は、切替禁止期間Ｐｐの終了タイミングｔｐｂに遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定する。補正によって生じる制御性の変化が最小となるように補正方向を決定することで、スイッチング制御装置の制御性の低下を防止することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、直流電圧変換器、及び、当該直流電圧変換器が出力する直流電力を変換する電力変換器に対し、スイッチング素子の動作を制御するスイッチング制御装置に関する。

従来、直流電圧変換器、及び、当該直流電圧変換器が出力する直流電力を変換する電力変換器に対し、スイッチング素子の動作を制御するスイッチング制御装置において、スイッチング素子の切替タイミングが重なることによって発生する「サージ電圧の重畳」を回避する技術が知られている。
例えば特許文献１に開示されたスイッチング制御装置は、直流電圧変換器である昇圧コンバータと、電力変換器であるインバータとのスイッチング素子の切替タイミングが重なる場合、インバータの切替タイミングを所定のインバータ遮蔽期間（切替禁止期間）の終了時点に遅らせるように補正する。

特開２０１１−１６０５７０号公報

特許文献１のスイッチング制御装置では、昇圧コンバータとインバータとの切替タイミングの関係によっては、インバータの切替タイミングを大幅に遅らせる場合がある。このような場合、スイッチング制御装置の制御性が低下することとなる。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、直流電圧変換器及び電力変換器における重畳サージの発生を回避しつつ、制御性の低下を防止するスイッチング制御装置を提供することにある。

本発明は、直流電圧変換器及び電力変換器を備える負荷駆動システムに適用され、直流電圧変換器のスイッチング素子、及び、電力変換器のスイッチング素子対の切替タイミングを制御するスイッチング制御装置に係る発明である。
ここで、直流電圧変換器は、電気エネルギを蓄積且つ放出可能なリアクトル、及び、リアクトルに接続される少なくとも一つのスイッチング素子を有し、スイッチング素子をオンオフさせることで、直流電源からリアクトルに入力される入力電圧（Ｖｉｎ）を出力電圧（ＶＨ）に変換する。
電力変換器は、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子からなる複数のスイッチング素子対を有し、対をなすスイッチング素子を交互にオンオフさせることで、直流電圧変換器が出力した直流電力を交流電力に変換して負荷に出力する。

本発明のスイッチング制御装置は、直流電圧変換器制御回路、直流電圧変換器駆動回路、電力変換器制御回路、電力変換器駆動回路、切替禁止期間算出手段、及び、切替補正手段を備える。
直流電圧変換器制御回路は、直流電圧変換器の出力電圧に対する指令電圧（ＶＨｃｏｍ）に応じて直流電圧変換器の制御量を演算する。
直流電圧変換器駆動回路は、直流電圧変換器制御回路が演算した直流電圧変換器の制御量に従って、直流電圧変換器のスイッチング素子を動作させる。
電力変換器制御回路は、負荷の要求出力に応じて電力変換器の制御量を演算する。
電力変換器駆動回路は、電力変換器制御回路が演算した電力変換器の制御量に従って、電力変換器のスイッチング素子対を動作させる。

切替禁止期間算出手段は、「電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって直流電圧変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間」、又は、「直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって電力変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間」である切替禁止期間（Ｐｐ）を算出する

切替補正手段は、直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子、又は、電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングが切替禁止期間内に入ると予測される場合、当該切替タイミングを補正対象の切替タイミング（ｔｓｗ）とし、補正対象の切替タイミングを切替禁止期間の開始タイミング（ｔｐａ）に早める方向、又は、切替禁止期間の終了タイミング（ｔｐｂ）に遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に補正対象の切替タイミングを補正する。

ここで、切替禁止期間の幅は、想定されるサージ電圧の大きさや各スイッチング素子の特性ばらつきを考慮し、サージ電圧が各スイッチング素子に影響を及ぼさない程度に減衰する時間を確保するように設定される。また、「切替禁止期間の開始タイミング」の概念には、切替禁止期間が開始する瞬間のみでなく、当該技術分野において開始タイミングの「直前」を狙う場合に常識的に設定される「開始タイミング以前の所定幅の時間帯」が含まれる。同様に「切替禁止期間の終了タイミング」の概念には、切替禁止期間が終了する瞬間のみでなく、終了タイミングの「直後」を狙う場合に常識的に設定される「終了タイミング以後の所定幅の時間帯」が含まれる。

本発明のスイッチング制御装置は、直流電圧変換器と電力変換器とのスイッチング素子の切替タイミングが重なると予測される場合、補正対象の切替タイミングを切替禁止期間外に補正するため、重畳サージの発生を回避することができる。
また本発明では、例えば、補正によって生じる制御性の変化が最小となるように、切替禁止期間の開始タイミングに早める方向に補正する場合と終了タイミングに遅らせる方向に補正する場合のどちらがより好ましいかを判定して補正する。したがって、特許文献１の従来技術のように、補正対象の切替タイミングを常に遅らせる方向に補正する技術に比べ、補正によるスイッチング制御装置の制御性の低下を可及的に防止することができる。

本発明のスイッチング制御装置は、切替補正手段として、「直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子の切替タイミングを補正する直流電圧変換器切替補正手段」を備える態様、及び、「電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングを補正する電力変換器切替補正手段」を備える態様に分けられる。
また、それぞれの態様において、補正方向を判定するための複数通りの構成を有する。

直流電圧変換器のスイッチング素子の切替タイミングを補正するスイッチング制御装置では、直流電圧変換器切替補正手段は、例えば以下のように補正方向を判定する。
１）補正対象の切替タイミングを切替禁止期間の開始タイミングに補正した場合の補正時間（Δａ）と、切替禁止期間の終了タイミングに補正した場合の補正時間（Δｂ）とを比較し、補正時間が短い方の補正方向を選択する。
２）直流電圧変換器のリアクトルに流れるリアクトル電流（ＩＬ）の検出値又は推定値を取得し、リアクトル電流の絶対値が小さくなる方向に補正対象の切替タイミングを補正する。
３）直流電圧変換器の出力電圧（ＶＨ）及び指令電圧（ＶＨｃｏｍ）を取得し、出力電圧が指令電圧に近づく方向に補正対象の切替タイミングを補正する

また、補正対象の切替タイミングの補正方向を仮判定した後、補正対象の切替タイミングを仮判定した補正方向に補正した場合に、補正後の切替タイミングと前回の切替タイミングとの間隔が所定の下限閾値（α）を下回るとき、又は、所定の上限閾値（β）を上回るとき、仮判定した補正方向とは反対方向に補正方向を修正するようにしてもよい。

電力変換器を構成するスイッチング素子対の切替タイミングを補正するスイッチング制御装置では、電力変換器切替補正手段は、例えば、直流電圧変換器のスイッチング素子の切替タイミングを補正する場合と同様に、補正時間が短い方の補正方向を選択する。

また、負荷が多相交流電動機である場合、補正後の多相交流電動機の推定トルクと指令トルクとのトルク偏差を算出し、トルク偏差が最小となる補正方向を選択してもよい。
ここで、多相交流電動機の推定トルクは、補正後のスイッチング素子対のオン時間から相電圧を算出し、相電圧をｄｑ変換して得られたｄｑ軸推定電圧から、多相交流電動機の回路定数を含む電圧方程式を用いてｄｑ軸推定電流を算出し、ｄｑ軸推定電流からトルク式又はマップを用いて算出することができる。

さらに、電力変換器切替補正手段は、複数相のスイッチング素子対の切替タイミングが切替禁止期間に入ると予測される場合、補正対象となる複数のスイッチング素子対について、各スイッチング素子対の切替タイミングの補正方向の組合せを選択する。このとき、補正対象となる複数のスイッチング素子対の切替タイミングに対する補正方向が全て同一方向となる組合せを除外してもよい。

本発明の第１〜第３実施形態によるスイッチング制御装置が適用されるモータジェネレータ駆動システムの全体構成図である。 図１のスイッチング制御装置において、昇圧コンバータの切替タイミングに関する制御構成を示す概略ブロック図である。 切替禁止期間を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による「昇圧コンバータ切替タイミングの補正」を示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による補正方向判定処理のフローチャートである。 図５のＳ６０のサブフローチャートである。 本発明の第２実施形態による補正方向判定処理を説明するタイムチャートであり、昇圧コンバータ駆動信号の立上がりタイミングを補正する場合を示す。 本発明の第２実施形態による補正方向判定処理を説明するタイムチャートであり、昇圧コンバータ駆動信号の立下がりタイミングを補正する場合を示す。 本発明の第２実施形態による補正方向判定処理のフローチャートである。 本発明の第３実施形態による補正方向修正処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第３実施形態による補正方向修正処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第３実施形態による補正方向修正処理のフローチャートである。 本発明の第４、第５実施形態によるスイッチング制御装置が適用されるモータジェネレータ駆動システムの全体構成図である。 本発明の第４実施形態による「インバータ切替タイミングの補正」を示すタイムチャートである。 本発明の第５実施形態による補正方向判定処理のフローチャートである。

以下、本発明によるスイッチング制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成、又はフローチャートにおける実質的に同一のステップには、同一の符号、又は同一のステップ番号を付して説明を省略する。
本発明の実施形態のスイッチング制御装置は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として用いられるモータジェネレータを駆動する駆動システムに適用される。このモータジェネレータ駆動システムは、バッテリの電源電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータが出力した直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータに出力するインバータとを含む。

昇圧コンバータ及びインバータは、それぞれスイッチング素子がオンオフ動作することにより駆動される。本発明のスイッチング制御装置は、スイッチング素子のオンオフを切り替える切替タイミングに関し、後述する「重畳サージ」を回避するため、切替タイミングを補正することを特徴とする。この切替タイミングの補正には、昇圧コンバータの切替タイミングを補正する場合と、インバータの切替タイミングを補正する場合とがある。
以下、昇圧コンバータの切替タイミングを補正する第１〜第３実施形態と、インバータの切替タイミングを補正する第４、第５実施形態とに大きく分けて説明する。また、明細書中で「本実施形態」という場合、第１〜第５実施形態に共通の事項について述べる。

＜昇圧コンバータの切替タイミングを補正する形態＞
第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置に共通の構成及び作用について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、「負荷駆動システム」としてのモータジェネレータ駆動システム１は、「直流電源」としてのバッテリ１５、「直流電圧変換器」としての昇圧コンバータ２０、「電力変換器」としてのインバータ３０、「負荷」としてのモータジェネレータ４（図中「ＭＧ」と示す）、及び、スイッチング制御装置５０等を含む。

まず、昇圧コンバータ２０及びインバータ３０以外のシステム構成について説明する。
バッテリ１５は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な蓄電装置によって構成される直流電源である。この他、電気二重層キャパシタ等を直流電源として用いてもよい。

モータジェネレータ４は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機である。モータジェネレータ４は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載され、力行動作により変速機等を介して駆動輪を駆動するトルクを発生する狭義の電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクによる回生動作によって発電する発電機としての機能を兼ね備える。

モータジェネレータ４のロータ近傍に設けられる回転角センサ４５は、例えばレゾルバやロータリエンコーダで構成され、電気角θを検出する。回転角センサ４５が検出した電気角θはスイッチング制御装置５０に入力され、電流ベクトル制御のｄｑ変換等の演算に用いられる。また、電気角θが時間微分され、電気角速度ωが算出される。電気角速度ωの算出は、スイッチング制御装置５０の内部で行われてもよく、外部で行われてもよい。

次に、昇圧コンバータ２０の構成について説明する。昇圧コンバータ２０は、リアクトル２１、昇圧駆動部２２、平滑コンデンサ２５等を備える。
リアクトル２１は、インダクタンスＬを有しており、電流ＩＬの変化に伴って誘起電圧が発生し、電気エネルギが蓄積される。

昇圧駆動部２２は、リアクトル２１の出力端とインバータ３０の高電位ラインとの間に接続された高電位側スイッチング素子２３、及び、リアクトル２１の出力端とバッテリ１５の負極との間に接続された低電位側スイッチング素子２４から構成されている。高電位側スイッチング素子２３を「上アームのスイッチング素子」、低電位側スイッチング素子２４を「下アームのスイッチング素子」ともいう。

上下アームのスイッチング素子２３、２４は、昇圧コンバータ駆動回路５４からのコンバータ駆動信号Ｓｃ（図３参照）に従って、交互に、かつ相補的にオンオフ動作する。
このように本実施形態の昇圧駆動部２２は、「スイッチング素子対」として構成されている。ただし、本発明の他の実施形態の昇圧駆動部は、対をなさない一つ以上のスイッチング素子で構成されてもよい。

高電位側スイッチング素子２３がオフで低電位側スイッチング素子２４がオンのとき、リアクトル２１にリアクトル電流ＩＬが流れることにより、エネルギが蓄積される。
高電位側スイッチング素子２３がオンで低電位側スイッチング素子２４がオフのとき、リアクトル２１に蓄積されたエネルギが放出されることにより、バッテリ入力電圧Ｖｉｎに誘起電圧が重畳され昇圧された出力電圧ＶＨが平滑コンデンサ２５に充電される。

インバータ３０は、ブリッジ接続された高電位側スイッチング素子３１、３２、３３、及び低電位側スイッチング素子３４、３５、３６からなる３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のスイッチング素子対を有している。昇圧コンバータ２０と同様に、高電位側スイッチング素子３１、３２、３３を「上アームのスイッチング素子」、低電位側スイッチング素子３４、３５、３６を「下アームのスイッチング素子」ともいう。「上下アームのスイッチング素子」は、特許請求の範囲に記載の「対をなすスイッチング素子」に相当する。
各相の上下アームのスイッチング素子３１〜３６は、インバータ駆動回路６４からのインバータ駆動信号Ｓｉ（図３参照）に従って、交互に、かつ相補的にオンオフ動作する。

インバータ３０は、昇圧コンバータ２０がバッテリ入力電圧Ｖｉｎから昇圧した出力電圧ＶＨの直流電力が入力される。各相の上下アームのスイッチング素子がオンオフ動作することにより、直流電力ＶＨを三相交流電力Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換してモータジェネレータ４に供給する。

次に、スイッチング制御装置５０の構成について、図１、図２を参照して説明する。
スイッチング制御装置５０は、マイコン等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。スイッチング制御装置５０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。
スイッチング制御装置５０には、上位の車両制御回路等から指令されたモータジェネレータ４に対する指令トルクｔｒｑ^*、モータジェネレータ４の電気角θ及び電気角速度ωが入力される。なお、電気角速度ω［ｒａｄ／ｓ］は、スイッチング制御装置５０内部で算出されてもよく、さらに回転数Ｎ［ｒｐｍ］に換算されてもよい。

スイッチング制御装置５０は、基本的な構成として、昇圧コンバータ２０に対する制御回路５１及び駆動回路５４、並びに、インバータ３０に対する制御回路６１及び駆動回路６４を有している。昇圧コンバータ制御回路５１及び昇圧コンバータ駆動回路５４は、特許請求の範囲に記載の「直流電圧変換器制御回路」及び「直流電圧変換器駆動回路」に相当し、インバータ制御回路６１及びインバータ駆動回路６４は、特許請求の範囲に記載の「電力変換器制御回路」及び「電力変換器駆動回路」に相当する。
また、スイッチング制御装置５０は、切替禁止期間算出手段５２、及び、「直流電圧変換器切替補正手段」としての昇圧コンバータ切替補正手段５３を有している。

昇圧コンバータ制御回路５１は、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨに対する指令電圧ＶＨｃｏｍに基づき、昇圧コンバータ２０の制御量を演算する。昇圧コンバータ駆動回路５４は、昇圧コンバータ制御回路５１が演算した昇圧コンバータ２０の制御量に基づいて駆動信号Ｓｃを生成し、昇圧駆動部２２の上下アームのスイッチング素子２３、２４を交互にオンオフ動作させる。

本実施形態の昇圧コンバータ制御回路５１は、昇圧コンバータ２０制御量としてスイッチング周期に対するオンオフ時間比率であるデューティを演算する。昇圧コンバータ駆動回路５４は、デューティと三角波のキャリアとを比較して、ＰＷＭ信号を生成する。
以下、本明細書では、高電位側スイッチング素子２３のスイッチング周期に対するオン時間比率（オンデューティ）の指令値を「ｄｕｔｙ」と定義する。デッドタイムを無視すれば、低電位側スイッチング素子２４のオンデューティは、高電位側スイッチング素子２３のオフデューティに一致し、「１−ｄｕｔｙ」に相当する。なお、「ｄｕｔｙ」は一般に［％］単位で用いられる場合もあるが、本明細書では、ｄｕｔｙを「０以上１以下の無次元数」として定義する。

インバータ制御回路６１は、モータジェネレータ４に対する指令トルクｔｒｑ^*に基づき、インバータ３０の制御量を演算する。インバータ駆動回路６４は、インバータ制御回路６１が演算したインバータ３０の制御量に基づいて駆動信号Ｓｉを生成し、各相の上下アームのスイッチング素子３１〜３６を交互にオンオフ動作させる。

本実施形態のインバータ制御回路６１は、インバータ３０の制御量として各相の相電圧指令値から各相デューティを演算する。インバータ駆動回路６４は、各相デューティと三角波のキャリアとを比較して、ＰＷＭ信号を生成する。
以下、本明細書では、各相の高電位側スイッチング素子３１、３２、３３のオンデューティの指令値を「ｄｕｔｙ」と定義する。デッドタイムを無視すれば、各相の低電位側スイッチング素子３４、３５、３６のオンデューティは、対応する高電位側スイッチング素子のｄｕｔｙに対して「１−ｄｕｔｙ」に相当する。

したがって、昇圧コンバータ２０、インバータ３０共に、「ｄｕｔｙ」と英文字で記載する場合、「高電位側スイッチング素子のオンデューティ指令値」を意味する。また、特に区別するとき、昇圧コンバータ２０のｄｕｔｙを「ＣＮＶ−ｄｕｔｙ」と記し、インバータ３０のいずれかの相のｄｕｔｙを「ＩＮＶ−ｄｕｔｙ」と記す。明細書の文脈から、どちらのｄｕｔｙを示しているか自明な場合、単に「ｄｕｔｙ」と記す。

図２の左側に、昇圧コンバータ制御回路５１の一般的な構成を示す。昇圧コンバータ制御回路５１は、指令電圧生成部５１１、フィードバック演算部５１２、フィードフォワード演算部５１３を有している。
指令電圧生成部５１１は、指令トルクｔｒｑ^*及び電気角速度ωに基づいて指令電圧Ｖｃｏｍを演算する。フィードバック演算部５１２は、指令電圧Ｖｃｏｍと出力電圧ＶＨとの偏差をゼロに収束させるように、ＰＩ演算により、ｄｕｔｙのフィードバック項ｄｆｂを演算する。フィードフォワード演算部５１３は、ｄｕｔｙのフィードフォワード項ｄｆｆを演算する。昇圧コンバータ制御回路５１は、フィードバック項ｄｆｂとフィードフォワード項ｄｆｆとを加算したｄｕｔｙを出力する。

また、インバータ制御回路６１は、一般に、ｄｑ軸電流ベクトルを用い指令電流と実電流との電流偏差をゼロに収束させるように制御する電流フィードバック制御方式や、指令トルクと実トルクとのトルク偏差をゼロに収束させるように制御するトルクフィードバック制御方式等を用いる構成が知られている。これらの制御方式では、各相の相電圧指令値に基づいて演算された各相ｄｕｔｙが出力される。このようなインバータ制御回路６１の構成は周知技術であるので、詳細な説明を省略する。

次に、切替禁止期間算出手段５２及び昇圧コンバータ切替補正手段５３の役割について、図３のタイムチャートを参照して説明する。
図３のタイムチャートは、インバータ３０のいずれかの相の高電位側スイッチング素子の駆動信号Ｓｉと、昇圧コンバータ２０の高電位側スイッチング素子２３の駆動信号Ｓｃとの関係を示す。詳しくは、図の上から順に、インバータキャリアＣｉ、インバータ駆動信号Ｓｉ、コンバータキャリアＣｃ及びコンバータ駆動信号Ｓｃを示している。

記号の添え字「ｉ」はインバータを示し、「ｃ」は昇圧コンバータを示す。以下、「昇圧コンバータ」を適宜「コンバータ」と省略する。また、「昇圧コンバータ２０のスイッチング素子の切替タイミング」を「昇圧コンバータの切替タイミング」、「インバータ３０のいずれかの相のスイッチング素子の切替タイミング」を「インバータの切替タイミング」というように省略する。

駆動信号Ｓｉ、Ｓｃがオンであるとは、高電位側スイッチング素子がオンであり、低電位側スイッチング素子がオフであることを示し、駆動信号Ｓｉ、Ｓｃがオフであるとは、高電位側スイッチング素子がオフであり、低電位側スイッチング素子がオンであることを示す。つまり、デッドタイムを無視することを前提として、駆動信号Ｓｉ、Ｓｃは、対をなす「スイッチング素子対」の動作状態を表している。

また、以下のタイムチャートでは、「ｄｕｔｙがキャリアＣｉ、Ｃｃを上回ったとき、駆動信号Ｓｉ、Ｓｃがオン」となり、「ｄｕｔｙがキャリアＣｉ、Ｃｃを下回ったとき、駆動信号Ｓｉ、Ｓｃがオフ」となるように定義する。したがって駆動信号Ｓｉ、Ｓｃは、キャリアＣｉ、Ｃｃが山から谷に下降する間にオフからオンに立ち上がり、キャリアＣｉ、Ｃｃが谷から山に上昇する間にオンからオフに立ち下がる。例えば、図３のｔｃ１とｔｃ２との間で、昇圧コンバータ２０の駆動信号Ｓｃは、立ち上がっている。
以上の図３についての注意事項は、以下のタイムチャートについても同様とする。

図３に示すように、インバータ制御回路６１及び昇圧コンバータ制御回路５１は、各キャリアＣｉ、Ｃｃの山谷毎に最新の制御情報を取得し、制御演算を行い、次回ｄｕｔｙを決定する。決定した次回ｄｕｔｙは、インバータ駆動回路６４及び昇圧コンバータ駆動回路５４に設定され、次回の各キャリアＣｉ、Ｃｃの山谷で反映される。また、インバータ制御回路６１と昇圧コンバータ制御回路５１とは独立して動作する。

ところで、スイッチング素子がスイッチング動作するとき、電流が急増又は急減することにより、サージ電圧（Ｖ＝−Ｌ×ｄＩ／ｄｔ）が発生する。複数のスイッチング素子の切替タイミングが近接すると、サージ電圧が重畳して大きくなる「重畳サージ」の現象が発生する。この重畳サージがスイッチング素子の耐圧を超えると、スイッチング素子が破壊されるおそれがある。

図３において、駆動信号の複数回の切替タイミングのうち、インバータ駆動信号Ｓｉの立上がりとコンバータ駆動信号Ｓｃの立上がりとが重なっている切替タイミングを「ｔｓｗ」とし、切替タイミングｔｓｗの前にδａ、後にδｂの期間を含む期間を、一点鎖線の枠で示す「切替禁止期間Ｐｐ」とする。δａ、δｂは、想定されるサージ電圧の大きさや各スイッチング素子の特性ばらつきを考慮し、サージ電圧が各スイッチング素子に影響を及ぼさない程度に減衰する時間を確保するように設定される。そして、昇圧コンバータ２０及びインバータ３０の切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、予め切替タイミングｔｓｗを切替禁止期間Ｐｐ外に補正することが求められる。

従来、インバータにおいて各相間のスイッチング素子の切替タイミングの重なりを回避する技術（特許第４４２８３８６号公報）や、昇圧コンバータとインバータとの間でのスイッチング素子の切替タイミングの重なりを回避する技術（特許文献１：特開２０１１−１６０５７０号公報）が知られている。

これらの従来技術の思想を引き継ぎ、第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置５０の切替禁止期間算出手段５２は、インバータ３０を構成するいずれかの相のスイッチング素子対の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって昇圧コンバータ２０のスイッチング素子２３、２４の切替を禁止する「切替禁止期間Ｐｐ」を算出する。例えば、インバータキャリアＣｉの谷のタイミングｔｉ０に次回のＩＮＶ−ｄｕｔｙが制御演算されると、次の山のタイミングｔｉ１以前の制御演算の完了時ｔｉ^*から、確定したＩＮＶ−ｄｕｔｙに基づいて切替禁止期間Ｐｐを算出する。

また、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、昇圧コンバータ２０の切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、昇圧コンバータ２０の切替タイミングを「補正対象の切替タイミングｔｓｗ」とし、補正処理を実行する。例えば、コンバータキャリアＣｉの谷のタイミングｃｉ０に昇圧コンバータ２０の制御演算がされると、制御演算の完了時ｔｃ^*において、次回の切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入るか否か判断し、切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、補正処理を実行する。

しかしながら、本発明の第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置５０は、以下の点で特許文献１の従来技術と異なる。
特許文献１の従来技術は、インバータの切替タイミングを所定の切替禁止期間の終了タイミングに遅らせるように補正するものであり、昇圧コンバータとインバータとの切替タイミングの関係によっては、インバータの切替タイミングを大幅に遅らせる場合がある。このような場合、スイッチング制御装置の制御性が低下することとなる。
それに対し、本発明の第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置５０の昇圧コンバータ切替補正手段５３は、補正対象の切替タイミングｔｓｗを「切替禁止期間の開始タイミング」に早める方向、又は「切替禁止期間の終了タイミング」に遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に補正対象の切替タイミングｔｓｗを補正することを特徴とする。

すなわち、本発明の第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置５０は、特許文献１の従来技術のように、主としてインバータ３０の切替タイミングを補正するのでなく、昇圧コンバータ２０の切替タイミングを補正する。また、補正対象の切替タイミングｔｓｗを常に遅らせる方向に補正するのではなく、早める方向に補正するか、遅らせる方向に補正するかを都度判定して補正する。
この補正方向判定処理は、例えば、コンバータ制御演算が完了したタイミングｔｃ^*に開始される。そして、基本的には、補正によって生じる制御性の変化が最小となるように補正方向を決定することで、スイッチング制御装置の制御性の低下を防止することを目的とする。

補足すると、図２の右側に示すように、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、切替禁止期間算出手段５２からの切替禁止期間Ｐｐの他、指令電圧ＶＨｃｏｍ、出力電圧ＶＨ、リアクトル電流ＩＬ等の各種情報が入力され、昇圧コンバータ制御回路５１から出力されたｄｕｔｙを補正する。

昇圧コンバータ切替補正手段５３から昇圧コンバータ駆動回路５４に対しては、補正前のｄｕｔｙがそのまま出力される場合もあり、補正後のｄｕｔｙ＿Ａ、ｄｕｔｙ＿Ｂが出力される場合もある。
昇圧コンバータ駆動回路５４は、ｄｕｔｙ（ｄｕｔｙ＿Ａ、ｄｕｔｙ＿Ｂ）とキャリアＣｃとを比較し、駆動信号Ｓｃ（ＳｃＡ、ＳｃＢ）を昇圧駆動部２２に出力する。
これらの事項の詳細については、各実施形態において説明する。また、昇圧コンバータ切替補正手段５３と昇圧コンバータ駆動回路５４との間に括弧で示した「キャリア周波数変更」については、本明細書の最後で、その他の実施形態として述べる。
以下、補正方向判定処理の具体的な構成について、実施形態毎に説明する。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態の補正方向判定処理について、図４のタイムチャート、及び、図５、図６のフローチャートを参照して説明する。
図４は、図３において昇圧コンバータ２０のキャリアＣｃ及び駆動信号Ｓｃに着目した図である。図４の補正処理開始タイミングｔｃ^*にて、次回の駆動信号Ｓｃの立上がりタイミングは、切替禁止期間Ｐｐに入ると予測され、補正対象の切替タイミングｔｓｗとされる。
この段階で、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止期間Ｐｐの開始タイミング（以下、「切替禁止開始タイミング」と略す）ｔｐａに早める補正をするか、又は、切替禁止期間Ｐｐの終了タイミング（以下、「切替禁止終了タイミング」と略す）ｔｐｂに遅らせる補正をするかの２通りの選択が可能である。

補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早める補正がされた駆動信号をＳｃＡと表し、補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる補正がされた駆動信号をＳｃＢと表す。
第１〜第３実施形態では、昇圧コンバータ２０の切替タイミングｔｓｗの補正を、基本的にｄｕｔｙを変更することによって行うものとする。すなわち、補正前のｄｕｔｙを増加させてｄｕｔｙ＿Ａに変更したとき、切替タイミングｔｓｗは切替禁止開始タイミングｔｐａに早められる。また、補正前のｄｕｔｙを減少させてｄｕｔｙ＿Ｂに変更したとき、切替タイミングｔｓｗは切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らされる。

なお、図４以下のタイムチャートの図示において、切替禁止期間Ｐｐの枠線と駆動信号ＳｃＡ、ＳｃＢの立上がり又は立下がりの線が重なると見にくいため、立上がり又は立下がりの線と枠線とを少しずらして示している。
また、「切替禁止開始タイミングｔｐａ」の概念には、切替禁止期間Ｐｐが開始する瞬間のみでなく、当該技術分野において開始タイミングの「直前」を狙う場合に常識的に設定される「開始タイミング以前の所定幅の時間帯」が含まれる。同様に、「切替禁止終了タイミングｔｐｂ」の概念には、切替禁止期間Ｐｐが終了する瞬間のみでなく、終了タイミングの「直後」を狙う場合に常識的に設定される「終了タイミング以後の所定幅の時間帯」が含まれる。

第１実施形態では、「切替タイミングの補正時間」、すなわち、補正によって切替タイミングｔｓｗを動かす時間の長さに着目する。
補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早める場合の前方補正時間Δａ、及び、補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる場合の後方補正時間Δｂは、次のように定義される。
Δａ＝切替タイミングｔｓｗ−切替禁止開始タイミングｔｐａ
Δｂ＝切替禁止終了タイミングｔｐｂ−切替タイミングｔｓｗ

続いて図５、図６のフローチャートを参照する。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。
Ｓ５０では、補正処理開始タイミングｔｃ^*にて補正方向判定処理が開始される。
処理を開始すると、Ｓ５１では、コンバータキャリアＣｃの次の山のタイミングｔｃ１から谷のタイミングｔｃ２までの間に発生する切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入るか否か判断する。
Ｓ５１でＹＥＳの場合、Ｓ６０に移行し、Ｓ５１でＮＯの場合、処理を終了する。

Ｓ６０の「補正時間が短い補正方向を選択」するステップのサブフローを図６に示す。
Ｓ６１では、上述のとおり、前方補正時間Δａ及び後方補正時間Δｂを算出する。
Ｓ６２では、前方補正時間Δａと後方補正時間Δｂとの長さを比較する。
前方補正時間Δａが後方補正時間Δｂ以下のとき（Ｓ６２：ＹＥＳ）、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａとする（Ｓ６３）。一方、前方補正時間Δａが後方補正時間Δより長いとき（Ｓ６２：ＮＯ）、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂとする（Ｓ６４）。

なお、現実的には前方補正時間Δａと後方補正時間Δｂとが制御装置の最小分解能以内の精度で一致する場合を無視して問題ないと考えられる。したがって、Ｓ６２において、「Δａ＝Δｂ」の場合をＹＥＳ／ＮＯのどちらに含めてもかまわない。
第１実施形態では、補正対象の切替タイミングｔｓｗを補正時間がより短い補正方向へ補正するため、補正前に対するスイッチング素子のオンオフ時間の変化が最小限に抑えられる。したがって、重畳サージの発生を回避しつつ、スイッチング制御装置５０の制御性の低下を可及的に防止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による補正方向判定処理について、図７、図８のタイムチャート、及び、図９のフローチャートを参照して説明する。第２実施形態では、補正対象の切替タイミングｔｓｗが駆動信号Ｓｃの立上がりであるか立下がりであるかという切替方向、及びリアクトル電流ＩＬの正負に基づいて補正方向を判定する。或いは、補正対象の切替タイミングｔｓｗの切替方向、及び、昇圧コンバータ２０が出力する出力電圧ＶＨと指令電圧ＶＨｃｏｍとの関係に基づいて補正方向を判定する。

まず、リアクトル電流ＩＬに基づく補正方向判定処理について説明する。リアクトル電流ＩＬは、昇圧コンバータ２０内に設けた電流センサにより検出してもよく、或いは、式（１）により推定してもよい。

式（１）の記号及び単位（［ ］に示す）は、以下の通りである。
ＩＬ＿ｅｓｔ［Ａ］：リアクトル電流（推定値）
Ｎｍ［１／ｓ］ ：モータジェネレータ４の回転数
ｔｒｑ［Ｖ・Ａ・ｓ］：モータジェネレータ４のトルク
Ｌ［Ｖ・ｓ／Ａ］ ：リアクトル２１のインダクタンス
Ｔｏｆｆ［ｓ］：高電位側スイッチング素子２３のオフ時間（＝低電位側スイッチング素子２４のオン時間）
ここでＬは、「昇圧コンバータ２０（直流電圧変換器）の回路定数」に相当し、Ｎｍ、ｔｒｑは、モータジェネレータ４の挙動情報に相当する。

昇圧コンバータ切替補正手段５３は、リアクトル電流ＩＬの検出値又は推定値を取得し、その変化の状況を把握する。
図７、図８に示すように、駆動信号Ｓｃがオン、すなわち高電位側スイッチング素子２３がオンの期間中、リアクトル電流ＩＬは徐々に低下する。また、駆動信号Ｓｃがオフ、すなわち低電位側スイッチング素子２４がオンの期間中、リアクトル電流ＩＬは徐々に上昇する。駆動信号Ｓｃがオフからオンに転換する立上がり時には、リアクトル電流ＩＬは極大値となり、駆動信号Ｓｃがオンからオフに転換する立下がり時には、リアクトル電流ＩＬは極小値となる。

また、モータジェネレータ４の力行動作時には、リアクトル電流ＩＬはバッテリ１５側からインバータ３０側に流れ、符号は正となる。一方、モータジェネレータ４の回生動作時には、リアクトル電流ＩＬはインバータ３０側からバッテリ１５側に流れ、符号は負となる。リアクトル電流ＩＬの正負は、モータジェネレータ４のトルク及び回転数の情報に基づいて判別することもできる。

切替タイミングを補正する場合には、リアクトル２１に過剰な電流が流れないように、リアクトル電流ＩＬの絶対値が小さくなる方向、つまり０に近づく方向に補正することが好ましい。そこで、表１に示すように、駆動信号Ｓｃの立上がり／立下がり、及び、リアクトル電流ＩＬの正負、すなわちモータジェネレータ４が力行動作中であるか回生動作中であるかの組合せにより場合分けして補正方向を判定する。

駆動信号Ｓｃの立上がりタイミングを補正する場合について、表１の上段、及び図７を参照する。図７のリアクトル電流ＩＬは、補正前の電流を二点鎖線で示し、補正後の電流を実線で示す。
図７（ａ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが正であれば、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早めることでリアクトル電流ＩＬを０に近づける方向に補正する。一方、図７（ｂ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが負であれば、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせることでリアクトル電流ＩＬを０に近づける方向に補正する。

駆動信号Ｓｃの立下がりタイミングを補正する場合について、表１の下段、及び図８を参照する。図８のリアクトル電流ＩＬは、図７と同様に示す。
図８（ａ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが正であれば、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせることでリアクトル電流ＩＬを０に近づける方向に補正する。一方、図８（ｂ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが負であれば、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早めることでリアクトル電流ＩＬを０に近づける方向に補正する。

続いて、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨに基づく補正方向判定処理について説明する。この場合、出力電圧ＶＨと指令電圧ＶＨｃｏｍとを比較し、出力電圧ＶＨを指令電圧ＶＨｃｏｍに近づける方向に補正する。ここで、高電位側スイッチング素子２３のオン時間が長くなると出力電圧ＶＨは低下するため、出力電圧ＶＨを上げたいときはオン時間が短くなる方向に補正し、出力電圧ＶＨを下げたいときはオン時間が長くなる方向に補正することが好ましい。そこで、上記のリアクトル電流ＩＬの場合と同様に場合分けした表２に基づき、補正方向を判定する。
この例でのタイムチャートは、図７、図８における「ＩＬ＞０」の場合の駆動信号ＳｃＡ、ＳｃＢが「ＶＨ＞ＶＨｃｏｍ」の場合に援用され、「ＩＬ＜０」の場合の駆動信号ＳｃＡ、ＳｃＢが「ＶＨ＜ＶＨｃｏｍ」の場合に援用される。

表２の上段に示すように、駆動信号Ｓｃの立上がりタイミングを補正する場合、出力電圧ＶＨが指令電圧ＶＨｃｏｍより大きければ、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早めることで出力電圧ＶＨを下げるように補正する。一方、出力電圧ＶＨが指令電圧ＶＨｃｏｍより小さければ、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせることで出力電圧ＶＨを上げるように補正する。

表２の下段に示すように、駆動信号Ｓｃの立下がりタイミングを補正する場合、出力電圧ＶＨが指令電圧ＶＨｃｏｍより大きければ、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせることで出力電圧ＶＨを下げるように補正する。一方、出力電圧ＶＨが指令電圧ＶＨｃｏｍより小さければ、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早めることで出力電圧ＶＨを上げるように補正する。

第２実施形態の「補正方向修正処理」を示す図９のフローチャートにおいて、Ｓ５０、Ｓ５１は第１実施形態の図５と同一であり、Ｓ５１にてＹＥＳの場合に実施するＳ５２の補正処理の内容が第１実施形態と異なる。
Ｓ５２では、上記のように、補正対象の切替タイミングｔｓｗが駆動信号Ｓｃの立上がりであるか立下がりであるかという点、及び、昇圧コンバータ２０のリアクトル２１に流れるリアクトル電流ＩＬの正負、又は、昇圧コンバータ２０が出力する出力電圧ＶＨと指令電圧ＶＨｃｏｍとの関係に基づいて補正方向を判定する。

第２実施形態では、リアクトル電流ＩＬの絶対値が小さくなる方向に、又は、出力電圧ＶＨが指令電圧ＶＨｃｏｍに近づく方向に補正対象の切替タイミングｔｓｗを補正するため、昇圧コンバータ２０の特性が好ましい状態に維持される。したがって、重畳サージの発生を回避しつつ、スイッチング制御装置５０の制御性の低下を可及的に防止することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図１０、１１のタイムチャート、及び、図１２のフローチャートを参照して説明する。第３実施形態では、第１又は第２実施形態等の補正方向判定処理でなされた判定を「仮判定」という。第３実施形態では、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、仮判定された補正方向が適正であるか否かをチェックし、適正でないと判断した場合、補正方向を修正する。具体的には、「補正後の切替タイミングと前回の切替タイミングとの間隔」である「切替タイミング間隔」に着目して、補正方向が適正であるか否かをチェックする。

図１０に示すように、切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早める補正方向に仮判定された場合、補正後の切替タイミングｔｐａと前回の切替タイミングｔｓ９との間隔ＩＮＴ＿Ａは、補正前の切替タイミング間隔ＩＮＴより短くなる。しかし、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａが余りに短いと、高電位側スイッチング素子２３のオン期間同士の間に最低限のオフ時間が確保されず、連続通電時間が許容範囲を超え、スイッチング素子が発熱するおそれがある。

一方、図１１に示すように、切替タイミングｔｓｗを切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる補正方向に仮判定された場合、補正後の切替タイミングｔｐｂと前回の切替タイミングｔｓ９との間隔ＩＮＴ＿Ｂは、補正前の切替タイミング間隔ＩＮＴより長くなる。しかし、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ｂが余りに長いと、低電位側スイッチング素子２４のオン状態が長く続き、リアクトル電流ＩＬが過電流となるおそれがある。
このように、切替タイミング間隔は短すぎても長すぎても良くない。そこで第３実施形態では、仮判定された補正方向による切替タイミング間隔が下限閾値αを下回るか、上限閾値βを上回る場合には、仮判定された補正方向とは反対方向に補正方向を修正する。

図１２のＳ７１にて補正方向の仮判定が完了したと判断される（Ｓ７１：ＹＥＳ）と、Ｓ７２では、補正後の切替タイミングから前回の切替タイミングを差し引いて、切替タイミング間隔を算出する。
Ｓ７３では、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａ、ＩＮＴ＿Ｂを下限閾値α及び上限閾値βと比較する。切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａが下限閾値α以上、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ｂが上限閾値β以下の範囲にあるとき（Ｓ７３：ＮＯ）、仮判定された補正方向は適正であると判断し処理を終了する。

一方、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａが下限閾値αを下回るか、又は、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ｂが上限閾値βを上回るとき（Ｓ７３：ＹＥＳ）、仮判定された補正方向は適正でないと判断し、Ｓ７４に移行して補正方向を修正する。
図１０に示すように、切替タイミングｔｓｗについて仮判定された補正方向が「切替禁止開始タイミングｔｐａに早める」方向である場合（Ｓ７４：ＹＥＳ）、「切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる」方向に修正する（Ｓ７５）。
図１１に示すように、切替タイミングｔｓｗについて仮判定された補正方向が「切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる」方向である場合（Ｓ７４：ＮＯ）、「切替禁止開始タイミングｔｐａに早める」方向に修正する（Ｓ７６）。
これにより、第３実施形態では、スイッチング素子の発熱やリアクトル電流ＩＬが過電流となることを防止することができる。

なお、上述の手順とは逆に、次のようにしてもよい。
まず、補正処理開始タイミングにおいて、切替禁止開始タイミングｔｐａ及び切替禁止終了タイミングｔｐｂに補正したときの切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａ、ＩＮＴ＿Ｂを評価し、いずれかがＳ７３の範囲を外れる場合、その反対方向の補正方向に決定する。
そして、切替タイミング間隔ＩＮＴ＿Ａ、ＩＮＴ＿ＢのいずれかもＳ７３の範囲内に入る場合には、第１、第２実施形態の補正方向判定処理に移行し、より適切な補正方向を選択する。こうすることで、最終的に採用されない仮判定のための無駄な演算を低減することができる。

＜インバータの切替タイミングを補正する形態＞
上記第１〜第３実施形態のスイッチング制御装置５０が昇圧コンバータ２０の切替タイミングを補正するものであるのに対し、次に説明する第４、第５実施形態は、インバータ３０の切替タイミングを補正するものである。

第４、第５実施形態に共通の構成について、図１３の全体構成図を参照して説明する。図１３に示すスイッチング制御装置６０は、図１の昇圧コンバータ切替補正手段５３に代えて、「電力変換器切替補正手段」としてのインバータ切替補正手段６３を有しており、昇圧コンバータに関する制御ブロックとインバータに関する制御ブロックとの構成が図１の構成と逆になっている。

切替禁止期間算出手段６２は、図３に示される切替禁止期間Ｐｐを算出する点で、図１の切替禁止期間算出手段５２と同じ機能を有する。しかし、切替禁止期間Ｐｐの情報を送る先がインバータ切替補正手段６３である点が異なるため、切替禁止期間算出手段５２とは異なる符号「６２」を付している。

図１４のタイムチャートは、図４に対応し、インバータ３０の切替タイミングの補正処理を示すものである。三相交流インバータを想定すると、図１４のタイムチャートは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれにも共通に対応する。
ｄｕｔｙがキャリアＣｉを上回るとき、インバータ駆動信号Ｓｉはオン状態となり、ｄｕｔｙがキャリアＣｉを下回るとき、インバータ駆動信号Ｓｉはオフ状態となる。

切替禁止期間算出手段６２は、昇圧コンバータ２０のスイッチング素子２３、２４の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたってインバータ３０のスイッチング素子３１〜３６の切替を禁止する「切替禁止期間Ｐｐ」を算出する。
インバータ切替補正手段６３は、いずれか１相以上の切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、その相の切替タイミングを「補正対象の切替タイミングｔｓｗ」とする。そして、補正対象の切替タイミングｔｓｗを切替禁止開始タイミングｔｐａに早める方向、又は切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に補正対象の切替タイミングｔｓｗを補正する。

切替タイミングｔｓｗの補正は、第１〜第３実施形態と同様に、基本的にｄｕｔｙを変更することによって行うものとする。すなわち、補正前のｄｕｔｙをｄｕｔｙ＿Ａに変更したとき、切替タイミングｔｓｗは切替禁止開始タイミングｔｐａに早められる。また、補正前のｄｕｔｙをｄｕｔｙ＿Ｂに変更したとき、切替タイミングｔｓｗは切替禁止終了タイミングｔｐｂに遅らされる。
このとき補正方向をどのように判定するかについて、次に実施形態毎に説明する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図１５のフローチャートを参照して説明する。第４実施形態の補正方向判定処理では、切替タイミングが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される相の数によって、処理を場合分けする。
Ｓ８０にて補正処理開始タイミングｔｉ^*を過ぎると、Ｓ８１では、インバータの１相以上の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入るか否か判断する。ＮＯの場合、処理を終了する。ＹＥＳの場合、Ｓ８２、Ｓ８３にて、切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る相の数を判断する。

切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る相が１相の場合（Ｓ８２：ＹＥＳ）、第１実施形態と同様に、図６に示すＳ６０により補正時間が短い補正方向を選択する。
これにより、補正による各相スイッチング素子のオンオフ時間の変化を最小限に抑え、モータジェネレータ４を安定して駆動することができる。

切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る相が２相（例えばＵ相とＶ相）の場合（Ｓ８２：ＮＯ、Ｓ８３：ＹＥＳ）、表３に示すように、各相について、「切替禁止期間開始タイミングに早める（Ａ）」か「切替禁止期間終了タイミングに遅らせる（Ｂ）」かの計４パターンの組合せが存在する。

切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る相が３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の場合（Ｓ８２：ＮＯ、Ｓ８３：ＮＯ）、表４に示すように、各相について、切替禁止期間開始タイミングに早める（Ａ）」か「切替禁止期間終了タイミングに遅らせる（Ｂ）」かの計８パターンの組合せが存在する。

第４実施形態では、これら４パターン又は８パターンの組合せのうち、「補正後の相電圧に基づいて推定したモータジェネレータ４の推定トルクと、指令トルクとのトルク偏差が最小となる組合せ」を最適な組合せとして選択し、補正方向を決定する。つまり、フローチャートのＳ８４又はＳ８５で推定トルクを算出した後、Ｓ８６でトルク偏差が最小となる組合せを選択する。
なお、図１５のＳ８４、Ｓ８５の括弧内に表示した（ｏｒ２）、（ｏｒ６）の意味は、次の第５実施形態で説明する。

Ｓ８４又はＳ８５で推定トルクを算出する具体的な手順は以下のようである。
＜１＞各相スイッチング素子の補正後のオン時間Ｔｏｎ＿Ａ又はＴｏｎ＿Ｂに基づき、三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出する。なお、２相の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る場合、それ以外の１相については補正前のオン時間Ｔｏｎに基づき相電圧を算出する。
＜２＞式（２）により三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをｄｑ変換し、ｄｑ軸推定電圧Ｖｄ、Ｖｑを算出する。θは、回転角センサ４５が検出した電気角である。

＜３＞周知の電圧方程式を変形した式（３．１）、（３．２）を用いて、ｄｑ軸推定電流Ｉｄ、Ｉｑを算出する。記号は以下のとおりである。Ｒ、Ｌｄ、Ｌｑ、φは、「モータジェネレータ４（多相交流電動機）の回路定数」に相当し、ωは、多相交流電動機の挙動情報に相当する。なお、インダクタンスＬｄ、Ｌｑは重畳特性を含んだ値である。
Ｒ：電機子巻線抵抗
Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ軸、ｑ軸インダクタンス
ω：電気角速度
φ：逆起電力定数（鎖交磁束）

＜４＞周知のトルク式（４）又はマップにより推定トルクｔｒｑ＿ｅｓｔを算出する。Ｐは極対数である。

こうして得られた推定トルクｔｒｑ＿ｅｓｔに基づき、Ｓ８６では、推定トルクｔｒｑ＿ｅｓｔと指令トルクｔｒｑ^*とのトルク偏差が最小となる組合せを選択する。
なお、切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る相が１相の場合（Ｓ８２：ＹＥＳ）にも、トルク偏差により補正方向を判定してもよい。

このように第４実施形態では、インバータ切替補正手段６３は、インバータ３０の１相以上の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、相の数に応じた方法で補正方向を判定する。
特に２相又は３相の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入ると予測される場合、インバータ切替補正手段６３は、各相のスイッチング素子対の切替タイミングの補正方向の組合せを選択する。この場合、トルク偏差が最小となる組合せを選択することで、モータジェネレータ４のトルク変動を抑制することができる。したがって、重畳サージの発生を回避しつつ、スイッチング制御装置５０の制御性の低下を可及的に防止することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態は、図１５のフローチャートのＳ８４、Ｓ８５において推定トルクを算出する組合せから、各相の補正方向が全て同一方向となる組合せを除外するものである。
すなわち、２相の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る場合、表３から、パターン１（Ａ／Ａ）、パターン４（Ｂ／Ｂ）を除外し、パターン２、３の２つの組合せについてのみ推定トルクを算出する。また、３相の切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る場合、表４から、パターン１（Ａ／Ａ／Ａ）、パターン８（Ｂ／Ｂ／Ｂ）を除外し、パターン２〜７の６つの組合せについてのみ推定トルクを算出する。
Ｓ８４における「４（ｏｒ２）パターン」、Ｓ８５における「８（ｏｒ６）パターン」の括弧内の記載は、上記の内容を意味する。

切替タイミングｔｓｗが切替禁止期間Ｐｐ内に入る２相又は３相の切替タイミングをいずれも早めたり、いずれも遅らせたりする方向に補正する場合、相電圧の変動、ひいてはトルク変動が大きくなるおそれがある。そこで、このような場合、各相の補正方向が全て同一方向となる組合せを除外することで、トルク変動の発生を防止することができる。

（その他の実施形態）
（ア）本発明の「直流電圧変換器」は、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータに限らず、入力電圧を降圧する降圧コンバータでもよい。また、昇降圧コンバータは、上下アームのスイッチング素子対を含むものに限らず、少なくとも一つのスイッチング素子を含むものであればよい。
（イ）本発明の「電力変換器」は、直流電力を交流電力に変換するインバータに限らず、直流電力を直流電力に変換し、例えば直流電動機を駆動するＨブリッジ回路でもよい。また、インバータの場合、交流電力の相数は、三相に限らず四相以上でもよい。

（ウ）上記実施形態では、昇圧コンバータ制御回路５１及びインバータ制御回路６１は昇圧コンバータ２０の制御量、及びインバータ３０の制御量として、スイッチング素子のｄｕｔｙを演算する。昇圧コンバータ駆動回路５４及びインバータ駆動回路６４は、ｄｕｔｙとキャリアとの比較に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ制御による駆動を行う。
しかし、スイッチング素子の駆動信号を生成する方法はこれに限らない。何らかの方法でオンオフの切替タイミングを制御可能なスイッチング制御装置であれば、本発明による切替タイミング補正方向の判定を適用することができる。
また、キャリアを用いる実施形態において、キャリアは三角波でなく鋸波でもよい。

（エ）ＰＷＭ制御を行う構成において切替タイミングを補正する方法として、上記実施形態では基本的にｄｕｔｙを変更する方法を説明した。しかし、図２にも括弧内に記載したように、キャリア周期（周波数）を変更することで切替タイミングを補正してもよい。
さらに、切替タイミングは、時間軸上で定義する方法の他、モータジェネレータ４の電気角で定義してもよい。
（オ）上記実施形態の図２では、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、インバータ３０及び昇圧コンバータ２０の制御演算が完了し次回のｄｕｔｙが確定したタイミングで補正処理を開始する。この他、昇圧コンバータ切替補正手段５３は、制御演算によって次回のｄｕｔｙが確定する前に、電圧振幅の制御変動等の情報に基づいて、次回のｄｕｔｙを推定してもよい。

（カ）「電力変換器」が出力する電力によって駆動される「負荷」はモータジェネレータ等の回転機に限らず、放電管やＸ線発生装置等の高電圧を用いる装置であってもよい。負荷が回転機以外の場合、第４実施形態の「推定トルク」は、負荷の出力特性を反映する別のパラメータに置き換えればよい。

（キ）負荷としての回転機等は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として用いられるものに限らず、車両の補機用や、車両以外の電車、昇降機、一般機械等に用いられるものであってもよい。少なくともサージ電圧の重畳が問題となる可能性があるシステムに対し、本発明のスイッチング制御装置は有効に適用される。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１ ・・・モータジェネレータ駆動システム（負荷駆動システム）、
１５・・・バッテリ（直流電源）、
２０・・・昇圧コンバータ（直流電圧変換器）、
２１・・・リアクトル、
２３、３１、３２、３３・・・高電位側スイッチング素子、
２４、３４、３５、３６・・・低電位側スイッチング素子、
３０・・・インバータ（電力変換器）、
４ ・・・モータジェネレータ（負荷）、
５０、６０・・・スイッチング制御装置、
５１・・・昇圧コンバータ制御回路（直流電圧変換器制御回路）、
５２・・・切替禁止期間算出手段、
５３・・・昇圧コンバータ切替補正手段（直流電圧変換器切替補正手段）、
５４・・・昇圧コンバータ駆動回路（直流電圧変換器駆動回路）、
６１・・・インバータ制御回路（電力変換器制御回路）、
６２・・・切替禁止期間算出手段、
６３・・・インバータ切替補正手段（電力変換器切替補正手段）、
６４・・・インバータ駆動回路（電力変換器駆動回路）。

Claims (12)

1. 電気エネルギを蓄積且つ放出可能なリアクトル（２１）、及び、前記リアクトルに接続される少なくとも一つのスイッチング素子（２３、２４）を有し、前記スイッチング素子をオンオフさせることで、直流電源（１５）から前記リアクトルに入力される入力電圧（Ｖｉｎ）を出力電圧（ＶＨ）に変換する直流電圧変換器（２０）、並びに、
   高電位側スイッチング素子（３１、３２、３３）及び低電位側スイッチング素子（３４、３５、３６）からなる複数のスイッチング素子対を有し、対をなす前記スイッチング素子を交互にオンオフさせることで、前記直流電圧変換器が出力した直流電力を交流電力に変換して負荷に出力する電力変換器（３０）を備える負荷駆動システム（１）に適用され、
   前記直流電圧変換器のスイッチング素子、及び、前記電力変換器のスイッチング素子対の切替タイミングを制御するスイッチング制御装置（５０、６０）であって、
   前記直流電圧変換器の出力電圧に対する指令電圧（ＶＨｃｏｍ）に応じて前記直流電圧変換器の制御量を演算する直流電圧変換器制御回路（５１）と、
   前記直流電圧変換器制御回路が演算した前記直流電圧変換器の制御量に従って、前記直流電圧変換器のスイッチング素子を動作させる直流電圧変換器駆動回路（５４）と、
   前記負荷の要求出力に応じて前記電力変換器の制御量を演算する電力変換器制御回路（６１）と、
   前記電力変換器制御回路が演算した前記電力変換器の制御量に従って、前記電力変換器のスイッチング素子対を動作させる電力変換器駆動回路（６４）と、
   前記電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって前記直流電圧変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間、又は、前記直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって前記電力変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間である切替禁止期間（Ｐｐ）を算出する切替禁止期間算出手段（５２、６２）と、
   前記直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子、又は、前記電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングが前記切替禁止期間内に入ると予測される場合、当該切替タイミングを補正対象の切替タイミング（ｔｓｗ）とし、当該補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミング（ｔｐａ）に早める方向、又は、前記切替禁止期間の終了タイミング（ｔｐｂ）に遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に当該補正対象の切替タイミングを補正する切替補正手段（５３、６３）と、
   を備えることを特徴とするスイッチング制御装置。
2. 前記切替補正手段として、前記直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子の切替タイミングを補正する直流電圧変換器切替補正手段（５３）を備え、
   前記切替禁止期間算出手段（５２）が算出する前記切替禁止期間は、前記電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって前記直流電圧変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間であり、
   前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記直流電圧変換器のスイッチング素子の切替タイミングが前記切替禁止期間内に入ると予測される場合、当該切替タイミングを補正対象の切替タイミング（ｔｓｗ）とし、当該補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミング（ｔｐａ）に早める方向、又は、前記切替禁止期間の終了タイミング（ｔｐｂ）に遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に当該補正対象の切替タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング制御装置（５０）。
3. 前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミングに補正した場合の補正時間（Δａ）と、前記切替禁止期間の終了タイミングに補正した場合の補正時間（Δｂ）とを比較し、補正時間が短い方の補正方向を選択することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング制御装置。
4. 前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記直流電圧変換器の前記リアクトルに流れるリアクトル電流（ＩＬ）の検出値、又は、前記スイッチング素子のオン時間及び前記直流電圧変換器の回路定数を含む情報に基づいて推定した前記リアクトル電流の推定値を取得し、
   前記リアクトル電流の絶対値が小さくなる方向に前記補正対象の切替タイミングを補正することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング制御装置。
5. 前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記直流電圧変換器の出力電圧（ＶＨ）、及び、前記直流電圧変換器の出力として要求される指令電圧（ＶＨｃｏｍ）を取得し、
   前記出力電圧が前記指令電圧に近づく方向に前記補正対象の切替タイミングを補正することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング制御装置。
6. 前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記補正対象の切替タイミングの補正方向を仮判定した後、
   前記補正対象の切替タイミングを仮判定した補正方向に補正した場合に、補正後の切替タイミングと前回の切替タイミングとの間隔が所定の下限閾値（α）を下回るとき、前記仮判定した補正方向とは反対方向に補正方向を修正することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のスイッチング制御装置。
7. 前記直流電圧変換器切替補正手段は、
   前記補正対象の切替タイミングの補正方向を仮判定した後、
   前記補正対象の切替タイミングを仮判定した補正方向に補正した場合に、補正後の切替タイミングと前回の切替タイミングとの間隔が所定の上限閾値（β）を上回るとき、前記仮判定した補正方向とは反対方向に補正方向を修正することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のスイッチング制御装置。
8. 前記切替補正手段として、前記電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングを補正する電力変換器切替補正手段（６３）を備え、
   前記切替禁止期間算出手段（６２）が算出する前記切替禁止期間は、前記直流電圧変換器の少なくとも一つのスイッチング素子の切替タイミングに先立ち、当該切替タイミングに同期した所定期間にわたって前記電力変換器のスイッチング素子の切替を禁止する期間であり、
   前記電力変換器切替補正手段は、
   前記電力変換器を構成する少なくとも一対のスイッチング素子対の切替タイミングが前記切替禁止期間内に入ると予測される場合、当該切替タイミングを補正対象の切替タイミング（ｔｓｗ）とし、当該補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミング（ｔｐａ）に早める方向、又は、前記切替禁止期間の終了タイミング（ｔｐｂ）に遅らせる方向のいずれの補正方向に補正するか判定し、且つ、判定した補正方向に当該補正対象の切替タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング制御装置（６０）。
9. 前記電力変換器切替補正手段は、
   前記補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミングに補正した場合の補正時間（Δａ）と、前記切替禁止期間の終了タイミングに補正した場合の補正時間（Δｂ）とを比較し、補正時間が短い方の補正方向を選択することを特徴とする請求項８に記載のスイッチング制御装置。
10. 前記負荷は多相交流電動機であり、
    前記電力変換器切替補正手段は、
    前記補正対象の切替タイミングを前記切替禁止期間の開始タイミングに補正した場合、及び、前記切替禁止期間の終了タイミングに補正した場合について、補正後の前記スイッチング素子対のオン時間及び前記多相交流電動機の回路定数を含む情報に基づいて算出した前記多相交流電動機の推定トルクと、前記多相交流電動機に要求される指令トルクとのトルク偏差を算出し、
    当該トルク偏差が最小となる補正方向を選択することを特徴とする請求項８または９に記載のスイッチング制御装置。
11. 前記電力変換器切替補正手段は、
    前記電力変換器を構成する複数のスイッチング素子対の切替タイミングが前記切替禁止期間内に入ると予測される場合、
    補正対象となる前記複数のスイッチング素子対について、各スイッチング素子対の切替タイミングの補正方向の組合せを選択することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のスイッチング制御装置。
12. 前記電力変換器切替補正手段は、
    補正対象となる前記複数のスイッチング素子対の切替タイミングに対する補正方向が全て同一方向となる組合せを除外することを特徴とする請求項１１に記載のスイッチング制御装置。

Images