JP2017108517A - 電圧変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動信号のキャリア周波数の切り替えを適切に行う。【解決手段】ｓ個（ｓは２以上の整数）の駆動相を有する電圧変換部の動作を制御する制御部は、ｓ個の駆動相に対応するｓ個の駆動信号であって、同一のキャリア周波数で均等な位相差を有するｓ個の駆動信号を電圧変換部に供給して、電圧変換部の動作を制御し、キャリア周波数を切り替える場合には、ｓ個の駆動信号の各駆動信号において、それぞれ、切り替え前のキャリア周波数の信号と切り替え後のキャリア周波数の信号との間に挿入される調整信号を、下式（１）が成立するように１周期挿入する。δ＝［（ｉ／ｓ）＋ｎｉ］・Ｔａ＋Ｔｄｉ＋［（（ｓ−ｉ）—１）／ｓ＋ｍｉ］・Ｔｂ・・・（１）【選択図】図６

Description

本発明は、電圧変換システムに関する。

電圧変換システムとして、特許文献１には、燃料電池から供給される直流電圧をより大きい直流電圧に変換するための多相コンバータを用いた例が開示されている。ここでは、複数の駆動相の駆動信号のキャリア周波数を切り替える際に、切り替え前のキャリア周波数の信号と切り替え後のキャリア周波数の信号との間に、調整用のキャリア周波数の信号を挿入することが開示されている。

再表ＷＯ１３／００５２９５公報

しかしながら、調整用のキャリア周波数の大きさや調整用のキャリア周波数の信号を挿入するタイミングを適切に設定することは必ずしも容易ではなく、キャリア周波数を適切に切り替えることが難しい場合があるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、電圧変換システムが提供される。この電圧変換システムは、ｓ個（ｓは２以上の整数）の駆動相を有する電圧変換部と；前記電圧変換部の動作を制御する制御部と；を備える。前記制御部は、前記ｓ個の駆動相に対応するｓ個の駆動信号であって、同一のキャリア周波数で均等な位相差を有するｓ個の駆動信号を前記電圧変換部に供給して、前記電圧変換部の動作を制御し；前記キャリア周波数を切り替える場合には、前記ｓ個の駆動信号の各駆動信号において、それぞれ、切り替え前のキャリア周波数の信号と切り替え後のキャリア周波数の信号との間に挿入される調整信号を、下式（１）が成立するように１周期挿入する。
δ＝［（ｉ／ｓ）＋ｎｉ］・Ｔａ＋Ｔｄｉ＋［（（ｓ−ｉ）―１）／ｓ＋ｍｉ］・Ｔｂ
・・・（１）
δは各駆動相に共通する遷移期間、ｉ（０≦ｉ≦ｓ−１）は前記ｓ個の駆動信号を互いに区別する番号、Ｔａは切り替え前のキャリア周期、ｎiは遷移期間中におけるｉ番目の駆動相の駆動信号の切り替え前のキャリア周期の回数、Ｔｄｉはｉ番目の駆動相の調整信号の周期、Ｔｂは切り替え後のキャリア周期、ｍｉは遷移期間中におけるｉ番目の駆動相の駆動信号の切り替え後のキャリア周期の回数である。
この形態の電圧変換システムによれば、ｓ個の駆動信号の各駆動信号において、それぞれ、切り替え前のキャリア周波数の信号と切り替え後のキャリア周波数の信号との間に挿入される調整信号を、式（１）が成立するように１周期挿入するので、全ての駆動相に供給する遷移期間δの中で、キャリア周波数の切り替えを適切に行うことができる。

なお、本発明は、電圧変換システムだけでなく、電圧変換装置の制御方法等の種々の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての電圧変換システムの構成図である。 各駆動信号のタイミングチャートである。 キャリア周波数を切り替える場合に発生する問題を示す説明図である。 キャリア周波数を切り替える場合に発生する別の問題を示す説明図である。 切り替え後の各駆動相の駆動信号の位相ずれを解消する基本的な手法を示す説明図である。 本実施形態におけるキャリア周波数の切り替え時の各駆動信号のタイミングチャートである。 設定の手順１を示す説明図である。 設定の手順２を示す説明図である。 設定の手順３を示す説明図である。 設定の手順４を示す説明図である。 設定の手順５を示す説明図である。

図１は、本発明の一実施形態としての電圧変換システムの構成図である。この電圧変換システム１００は、電圧変換部としての昇圧コンバータ１０と制御部２０とを備えている。昇圧コンバータ１０は、複数の駆動相を有する多相昇圧コンバータである。本例では、４つの駆動相Ｐ０〜Ｐ３を構成する駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３と、平滑コンデンサ１２と、を有している。４つの駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３は、電圧源４０に接続される入力側及び平滑コンデンサ１２に接続される出力側に対して並列に接続されている。

各駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３は、リアクトル１３とスイッチングデバイス１４と整流用のダイオード１５とを有する昇圧チョッパ回路で構成されている。スイッチングデバイス１４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の種々の半導体能動素子が利用される。本例では、還流ダイオード付のＩＧＢＴが用いられている。

各駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３は、供給される駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３によるスイッチングデバイス１４のオン・オフに応じて直流電圧ＶＬよりも大きい電圧の振幅を有するパルス状の電圧信号を発生する。平滑コンデンサ１２は、各駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３で発生するパルス状の電圧信号を平滑する。これにより、昇圧コンバータ１０は、電圧源４０から供給される直流電圧ＶＬを、直流電圧ＶＬよりも大きい直流電圧ＶＨに変換する。なお、各駆動相コンバータの構成は上記の昇圧チョッパ回路に限定されるものではなく、電圧源４０から供給される直流電圧ＶＬを、直流電圧ＶＬよりも大きい直流電圧ＶＨに変換することが可能な種々の昇圧型のスイッチングレギュレータ回路を用いることができる。

制御部２０は、例えば、マイクロコンピュータを用いて構成することができる。制御部２０は、駆動部２２および駆動制御部２４として機能する。駆動部２２は、駆動制御部２４から供給される制御情報ＤＳに従って、各駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３のスイッチングデバイス１４に供給する駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３を生成し、昇圧コンバータ１０へ供給する。

図２は、各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３のタイミングチャートである。駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３は、同一のキャリア周波数ｆｃ及びキャリア周期Ｔｃ（＝１／ｆｃ）を有し、互いに均等な位相差Ｔｐ（＝Ｔｃ／４）を有するパルス信号である。各駆動相Ｐ０〜Ｐ３のスイッチングデバイス１４を駆動する駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の位相差を均等とすることにより、リアクトル１３を流れる電流の変動幅(以下、「リップル電流」とも呼ぶ）を小さくし、平滑コンデンサ１２の発熱を抑制することができる。

駆動制御部２４（図１）は、不図示の他の制御装置からのキャリア周波数の切り替えの指示ＣＴＬに従って、駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３のキャリア周波数を切り替えるための制御情報ＤＳを駆動部２２に供給し、駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３のキャリア周波数の切り替えの制御を行う。キャリア周波数ｆｃを複数の周波数、例えば、１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲の複数の周波数に切り替え可能とすることにより、電圧変換の効率の上昇や、構成する部品の小型化を図ることが可能である。

図３は、キャリア周波数を切り替える場合に発生する問題を示す説明図である。図３（Ａ）は切り替え例１の場合における位相ずれ例１を示し、図３（Ｂ）は切り替え例２の場合における位相ずれ例２を示している。なお、図３は説明を容易にするためＰ０相の駆動信号Ｓｐ０とＰ１相の駆動信号Ｓｐ１を抜粋して示している。切り替え前のキャリア周期を第１のキャリア周期Ｔａ、切り替え後のキャリア周期を第２のキャリア周期Ｔｂとし、第２のキャリア周期Ｔｂは第１のキャリア周期Ｔａの３／４の大きさとして示している。また、Ｐ０相の駆動信号Ｓｐ０とＰ１相の駆動信号Ｓｐ１の位相差ＴａｐはＴａ／４である。

図３（Ａ）の切り替え例１では、Ｐ０相の駆動信号Ｓｐ１は、第１のキャリア周期Ｔａの立ち上りタイミングｔ０（以下、「周期タイミング」とも呼ぶ）で第２のキャリア周期Ｔｂに切り替えており、Ｐ１相の駆動信号Ｓｐ１は、周期タイミングｔ０から位相差Ｔａｐの遅れで発生する周期タイミングｔ１で第２のキャリア周期Ｔｂに切り替える場合を示している。この場合、切り替え後のＰ０相の駆動信号Ｓｐ０とＰ１相の駆動信号Ｓｐ１との位相差Ｔｂｐは、切り替え前の位相差Ｔａｐ（＝Ｔａ／４）と等しく、Ｔｂｐ＝Ｔｂ／３となる。すなわち、切り替え後の位相差Ｔｂｐは、本来とるべき値（Ｔｂ／４）からずれた値となる。Ｐ１相の駆動信号Ｓｐ１とＰ２相の駆動信号Ｓｐ２との位相差、Ｐ２相の駆動信号Ｓｐ２とＰ３相の駆動信号Ｓｐ３との位相差、および、Ｐ３相の駆動信号Ｓｐ３とＰ０相の駆動信号Ｓｐ０との位相差においても同様である。

図３（Ｂ）の切り替え例２では、Ｐ１相の駆動信号Ｓｐ１は、図３（Ａ）の切り替えの周期タイミングｔ１ではなく、さらに一周期遅れた周期タイミングｔ２で第２のキャリア周期Ｔｂに切り替える場合を示している。この場合、切り替え後のＰ０相の駆動信号Ｓｐ０とＰ１相の駆動信号Ｓｐ１との位相差Ｔｂｐは、切り替え前の位相差Ｔａｐに、第１のキャリア周期Ｔａと第２のキャリア周期Ｔｂの差分が加わった位相差（Ｔａｐ＋Ｔａ−Ｔｂ）＝（Ｔｂ・２／３）となる。すなわち、この場合にも、切り替え後の位相差Ｔｂｐは、本来とるべき値（Ｔｂ／４）からずれた値となる。Ｐ１相の駆動信号Ｓｐ１とＰ２相の駆動信号Ｓｐ２との位相差、Ｐ２相の駆動信号Ｓｐ２とＰ３相の駆動信号Ｓｐ３との位相差、および、Ｐ３相の駆動信号Ｓｐ３とＰ０相の駆動信号Ｓｐ０との位相差においても同様である。

図３（Ａ），図３（Ｂ）で示したように、切り替え前の第１のキャリア周期Ｔａの周期タイミングで第２のキャリア周期Ｔｂの信号に切り替えた場合、各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の位相差Ｔｂｐは、第２のキャリア周期Ｔｂを等分した均等な位相差からずれてしまう、という問題がある。

図４は、キャリア周波数を切り替える場合に発生する別の問題を示す説明図である。図４では、Ｐ０相の第１のキャリア周期Ｔａの周期タイミングｔ１０で全ての駆動相の動作を一斉にリセットし、切り替え後の第２のキャリア周期Ｔｂを等分した均等な位相差（Ｔｂ／４）で全ての駆動相を再起動させている。これにより、切り替え後の位相差のずれを解消することができる。しかしながら、この処理を実現するためには、駆動部２２を有する制御部２０において、任意の切り替えのタイミングで切り替えリセットを可能とするための専用の機能を備える必要がある。また、この機能を備えたとしても、例えば、Ｐ３相の駆動信号Ｓｐ３に破線で示すように、切り替え前の信号において本来必要なパルス幅が得られなくなり、切り替え前の信号の仕様を満たすことができない場合がある。

図５は、切り替え後の各駆動相の駆動信号の位相ずれを解消する基本的な手法を示す説明図である。図５も、図３と同様にＰ０相の駆動信号Ｓｐ０とＰ１相の駆動信号Ｓｐ１を抜粋して示している。図５に示すように、各駆動相の駆動信号を第１のキャリア周期Ｔａから第２のキャリア周期Ｔｂに切り替える前に、Ｐ０相を除く他の駆動相の駆動信号に、位相調整用の周期（以下、「調整周期」とも呼ぶ）Ｔｄの調整信号Ｓａｄを１周期分だけ挿入すれば、切り替え後の位相差を均等にすることができる。なお、調整周期Ｔｄは、第１のキャリア周期Ｔａから、切り替え前の位相差Ｔａ／４と切り替え後の位相差Ｔｂ／４の差分（［Ｔａ−Ｔｂ］／４）を減じた値（Ｔａ−［Ｔａ−Ｔｂ］／４）で表される。但し、Ｐ０相を除く他の駆動相の駆動信号に対して、調整信号の挿入とキャリア周期の切り替えとを、ほぼ同じタイミングで一斉に実行することは、駆動部２２として機能する制御部２０の処理性能に依存して困難となる可能性がある。そこで、本実施形態では、以下で説明するようにキャリア周波数（キャリア周期）の切り替えを行なう新たな手法を用いることとした。

図６は、本実施形態におけるキャリア周波数（キャリア周期）の切り替え時の各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３のタイミングチャートである。図６に示すように、各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３に対して、切り替えの遷移期間δの間において、１周期の調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３を挿入する。各調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の周期（調整周期）Ｔｄ０〜Ｔｄ３と、挿入タイミング、具体的には、切り替え前の第１のキャリア周期Ｔａの周期回数ｎ０〜ｎ３及び切り替え後の第２のキャリア周期Ｔｂの周期回数ｍ０〜ｍ３とは、各駆動相の駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３において、下式（１）を用いて表される遷移期間δが等しくなるように求められる。
δ＝［（ｉ／ｓ）＋ｎｉ］・Ｔａ＋Ｔｄｉ＋［（（ｓ−ｉ）―１）／ｓ＋ｍｉ］・Ｔｂ
・・・（１）
ここで、ｓは駆動相の相数（２以上の整数）、ｉは駆動相を区別する番号（０≦ｉ≦ｓ−１）、ｎiはｉ番目の駆動相の切り替え前のキャリア周期の回数（以下、「切り替え前周期回数」とも呼ぶ）、ｍｉはｉ番目の駆動相の切り替え後のキャリア周期の回数（以下、「切り替え後周期回数」とも呼ぶ）、Ｔｄｉはｉ番目の駆動相の調整信号の周期（調整周期）である。

上式（１）において、未定のパラメータは、δ、ｎｉ，ｍｉ，Ｔｄｉであり、これらは、例えば、以下の条件を満たすように決定されることが好ましい。
（ａ）各駆動相Ｐｉの遷移期間δの開始タイミング及び終了タイミングが同じで、長さが等しい。
（ｂ）各調整信号Ｓａｄｉの挿入タイミング（調整信号Ｓａｄｉの立ち上がり）が同一とならない。
（ｃ）各調整信号Ｓａｄｉの調整周期Ｔｄｉは設定可能な最低値以上の長さである。
（ｄ）ある駆動信号Ｓｐｉの調整信号Ｓａｄｉの立ち上がりのタイミングと、他の駆動信号Ｓｐｉのキャリア周波数が切り替え済みの信号の立ち上がりのタイミングとのずれのうち、最短のずれが予め定めた閾値よりも大きい。

なお、本実施形態は、ｓ＝４なので、上記（１）式に基づいて、各駆動相Ｐｉ（ｉ＝０〜３）に対応する下式（２ａ）〜（２ｄ）が得られる。
δ＝ｎ０・Ｔａ＋Ｔｄ０＋（３／４＋ｍ０）・Ｔｂ ・・・（２ａ）
δ＝（１／４＋ｎ１）・Ｔａ＋Ｔｄ１＋（２／４＋ｍ１）・Ｔｂ ・・・（２ｂ）
δ＝（２／４＋ｎ２）・Ｔａ＋Ｔｄ２＋（１／４＋ｍ２）・Ｔｂ ・・・（２ｃ）
δ＝（３／４＋ｎ３）・Ｔａ＋Ｔｄ３＋ｍ３・Ｔｂ ・・・（２ｄ）
なお、遷移期間δは、図６に示すように、切り替え前の基準点であるＰ０相の駆動信号Ｓｐ０の切り替え前の信号の立ち上がりのタイミングｔ２０（周期タイミング）から、切り替え後の基準点であるＰ３相の駆動信号Ｓｐ３の切り替え後の信号の立ち上がりのタイミングｔ３０（周期タイミング）までの期間である。

駆動制御部２４（図１）は、キャリア周波数（キャリア周期）の切り替えの指示ＣＴＬを受けた場合、以下の手順に従って、各駆動相Ｐｉの駆動信号Ｓｐｉの調整信号Ｓａｄｉの調整周期Ｔｄｉと、調整信号Ｓａｄｉの挿入タイミングを示す切り替え前周期回数ｎｉ及び切り替え後周期回数ｍｉと、を求める。なお、本実施形態は、４相の駆動相Ｐ０〜Ｐ３を有する場合を例としているので、以下では、４相の駆動相Ｐ０〜Ｐ３の駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の調整周期Ｔｄ０〜Ｔｄ３と、切り替え前周期回数ｎ０〜ｎ３及び切り替え後周期回数ｍ０〜ｍ３と、を求める場合を例として説明する。

図７は、設定の手順１を示す説明図である。手順１では、各駆動相Ｐ０〜Ｐ３について、調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３を挿入する前の切り替え前周期回数ｎ０〜ｎ３を決める。具体的には、まず、Ｐ０相の切り替え前周期回数ｎ０を１とし、残りの駆動相は挿入のタイミング（調整信号Ｓａｄｉの立ち上がり）が同一とならないように適宜設定する。図７の例では、ｎ０＝１，ｎ１＝３，ｎ２＝２，ｎ３＝１に設定されている。挿入のタイミングが同一とならないように設定するのは、調整信号の挿入タイミングが同一になると、駆動部２２において調整信号を挿入するための処理が並列して発生し、駆動部２２における処理の負荷が大きくなる可能性があるので、その負荷を分散させるためである。なお、各駆動相の切り替え前周期回数ｎ０〜ｎ３の値は、上記例に限定されるものではなく、種々の値とすることができる。但し、切り替え前周期回数ｎ０〜ｎ３の数をあまり大きくすると、切り替えに要する時間（遷移期間δの長さ）が長くなるので、処理の負荷と遷移期間δの長さとを考慮して可能な限り小さな値とすることが好ましい。

図８は、設定の手順２を示す説明図である。最後に切り替える駆動相Ｐｉの調整信号Ｓａｄｉの調整周期Ｔｄｉおよび切り替え後周期回数ｍｉを決めて、遷移期間δの長さを仮決めする。本例では、図７の手順１で最後に切り替えるものとして設定された駆動相はＰ１相であるので、Ｐ１相の調整信号Ｓａｄ１の調整周期Ｔｄ１を、例えば、切り替え後の第２のキャリア周期Ｔｂに等しい値とし、切り替え後周期回数ｍ１を１とする。また、切り替え前周期回数ｎ１は、図７の手順１で設定された値（ｎ＝３）を用いる。これにより、遷移期間δが上式（２ｂ）から下式（３ｂ）のように求められる。
δ＝［（１／４）＋ｎ１］・Ｔａ＋Ｔｄ１＋（２／４＋ｍ１）・Ｔｂ
＝（１３／４）・Ｔａ＋（１０／４）・Ｔｂ ・・・（３ｂ）

図９は、設定の手順３を示す説明図である。手順２により遷移期間δの長さが求められたので、他の１つの駆動相Ｐｉの切り替え後周期回数ｍｉを求める。図９はＰ０相を例に示している。調整信号Ｓａｄ０の調整周期Ｔｄ０が過度に小さいと、駆動部２２における処理速度の制約から、Ｐ０相の駆動信号Ｓｐ０において第２のキャリア周期Ｔｂの信号への切り替えを実行することが不可となる場合がある。そこで、調整周期Ｔｄ０の設定可能な最低値Ｔｄｓを決めておき、対応する式（２ａ）を変形して、下式（４ａ）に示すように、Ｐ０相の切り替え後周期回数ｍ０を求める。
ｍ０＝ＩＮＴ［（δ−ｎ０・Ｔａ−Ｔｄ０）／Ｔｂ−３／４］
＝ＩＮＴ［（δ−Ｔａ−Ｔｄｓ）／Ｔｂ−３／４］ ・・・（４ａ）
ここで、ＩＮＴ［］は、かっこ内の値の整数部をとる演算子である。
なお、最低値Ｔｄｓとしては、例えば、キャリア周波数を変化させる範囲の最大の周波数に対応するキャリア周期に設定することが好ましい。例えば、キャリア周波数を１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚとした場合、最低値Ｔｄｓは５０μｓとなる。

図１０は、設定の手順４を示す説明図である。手順４では、手順３で切り替え後周期回数ｍｉが決定された駆動相Ｐｉの調整周期Ｔｄｉを求める。上述した手順３では上式（４ａ）に示すように上式（２ａ）を変形した式の整数部をＰ０相の切り替え後周期回数ｍ０としている。そこで、切り捨てた小数部を最低値Ｔｄｓに加算して、下式（５ａ）に示すように、Ｐ０相の調整信号Ｓａｄ０の調整周期Ｔｄ０を求める。
Ｔｄ０＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ［（δ−ｎ０・Ｔａ−Ｔｄｓ）／Ｔｂ−３／４］・Ｔｂ
＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ［（δ−Ｔａ−Ｔｄｓ）／Ｔｂ−３／４］・Ｔｂ ・・・（５ａ）
ここで、ＤＥＣ［］は、かっこ内の値の小数部をとる演算子である。

図示及び説明は省略するが、Ｐ２相，Ｐ３相についても、同様に、上記手順３で切り替え後周期回数ｍ２，ｍ３を求め、手順４で調整周期Ｔｄ２，Ｔｄ３を求める。
ｍ２＝ＩＮＴ｛［δ−（２／４＋ｎ２）・Ｔａ−Ｔｄ２］／Ｔｂ−１／４｝
＝ＩＮＴ｛［（δ−（１０／４）・Ｔａ−Ｔｄｓ]／Ｔｂ−１／４｝ ・・・（４ｃ）
ｍ３＝ＩＮＴ｛［δ−（３／４＋ｎ３）・Ｔａ−Ｔｄ３］／Ｔｂ｝
＝ＩＮＴ｛［（δ−（７／４）・Ｔａ−Ｔｄｓ]／Ｔｂ｝ ・・・（４ｄ）
Ｔｄ２＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ｛［δ−（２／４＋ｎ２）・Ｔａ−Ｔｄ２］／Ｔｂ−１／４｝・Ｔｂ
＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ｛［（δ−（１０／４）・Ｔａ−Ｔｄｓ]／Ｔｂ−１／４｝・Ｔｂ ・・・（５ｃ）
Ｔｄ３＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ｛［δ−（３／４＋ｎ３）・Ｔａ−Ｔｄ３］／Ｔｂ｝・Ｔｂ
＝Ｔｄｓ＋ＤＥＣ｛［（δ−（７／４）・Ｔａ−Ｔｄｓ]／Ｔｂ｝・Ｔｂ ・・・（５ｄ）

図１１は、設定の手順５を示す説明図である。手順１〜手順４において各駆動相Ｐ０〜Ｐ３の調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の長さ（調整周期）Ｔｄ０〜Ｔｄ３が求まる。しかしながら、切り替えの途中で各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の信号同士の立ち上がりのタイミング（「ＯＮタイミング」とも呼ぶ）が重なると、各駆動相コンバータ１１Ｐ０〜１１Ｐ３の構成素子１３，１４，１５や平滑コンデンサ１２にかかる電圧の変動が大きくなり、それぞれの素子の耐圧を超える場合がある。

そこで、手順５では、各駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３のＯＮタイミングと、切り替え済みの信号のＯＮタイミングとのタイミングのずれのうち、最短のずれＴｖが予め定めた閾値Ｔｈ（例えば、１μｓ）よりも大きいか否かを確認し、各調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の調整周期Ｔｄ０〜Ｔｄ３の大きさがこのままで良いか否か確認する。最短のずれＴｖが閾値Ｔｈ以下の場合には、各調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の周期に対して、一律に同じ大きさの調整値Ｔａｄｄを加算して、遷移期間δを長くして最短のずれＴｖが閾値Ｔｈよりも大きくなるように調整する。調整値Ｔａｄｄの大きさは、最短のずれＴｖが閾値Ｔｈよりも大きくなるか否かを確認しながら徐々に増加させつつ繰り返し計算を行なって決定される。

駆動制御部２４は、以上の手順を実行することにより、遷移期間δにおいて、各駆動相Ｐ０〜Ｐ３に挿入する調整信号Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３の調整周期Ｔｄ０〜Ｔｄ３と、挿入タイミングとしての切り替え前の第１のキャリア周期Ｔａの周期回数ｎ０〜ｎ３及び切り替え後の第２のキャリア周期Ｔｂの周期回数ｍ０〜ｍ３を決定し、制御情報ＤＳとして駆動部２２に供給する。これにより、駆動部２２は、各駆動相Ｐ０〜Ｐ３の駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３を、図６に示したように、切り替え後の各駆動相Ｐ０〜Ｐ３の駆動信号Ｓｐ０〜Ｓｐ３の位相差が切り替え後の第２のキャリア周期Ｔｂを等分した均等な位相差となるような信号として、昇圧コンバータ１０に供給することができる。

なお、上記実施形態は、Ｐ０相〜Ｐ３相の４相の駆動相を有する昇圧コンバータ１０を例に説明しているが、これに限定されるものではない。２相や３相、あるいは、５相以上の駆動相を有する昇圧コンバータに対しても、同様に、上式（１）を用いて、各駆動相の駆動信号に挿入する調整信号の調整周期及び挿入タイミングを求め、求めた調整周期および挿入タイミングで各駆動信号に調整信号を挿入することにより、切り替え後の各駆動信号の位相差が切り替え後のキャリア周期を等分した均等な位相差となるようにすることができる。

また、上記実施形態では、キャリア周波数の切り替えの指示ＣＴＬを受けた場合に、駆動制御部２４において、上式（１）を用いて、各駆動相の駆動信号に挿入する調整信号の調整周期と、調整信号の挿入タイミングを示す切り替え前のキャリア周期の周期回数及び切り替え後のキャリア周期の周期と、を求める場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、あらかじめ、上式（１）を用いて、切り替え前のキャリア周期と切り替え後のキャリア周期の組み合わせの全てについて、各駆動信号の調整周期と切り替え前周期回数及び切り替え後周期回数とを求めて、その結果をマップとして駆動制御部のメモリ内に保持しておき、パラメータとして与えられた切り替え前のキャリア周期と切り替え後のキャリア周期に対応する値を、マップから読み出す構成としてもよい。

また、上記実施形態では、電圧変換部として多相昇圧コンバータを例として説明したが、多相降圧コンバータとしても、同様である。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１０…昇圧コンバータ
１１Ｐ０〜１１Ｐ３…駆動相コンバータ
１２…平滑コンデンサ
１３…リアクトル
１４…スイッチングデバイス
１５…ダイオード
２０…制御部
２２…駆動部
２４…駆動制御部
４０…電圧源
１００…電圧変換システム
ＣＴＬ…指示
ＤＳ…制御情報
Ｐ０〜Ｐ３…駆動相
Ｓａｄ…調整信号
Ｓａｄ０〜Ｓａｄ３…調整信号
Ｓｐ０〜Ｓｐ３…駆動信号
Ｔａ…第１のキャリア周期
Ｔａｐ…位相差
Ｔｂ…第２のキャリア周期
Ｔｂｐ…位相差
ｆｃ…キャリア周波数
Ｔｃ…キャリア周期
Ｔｐ…位相差
Ｔｄ…調整周期
Ｔｄ０〜Ｔｄ３…調整周期
Ｔｄｓ…調整周期の最低値
ＶＨ…直流電圧
ＶＬ…直流電圧
ｎ０〜ｎ３…切り替え前周期回数
ｍ０〜ｍ３…切り替え後周期回数
δ…遷移期間

Claims (1)

1. 電圧変換システムであって、
   ｓ個（ｓは２以上の整数）の駆動相を有する電圧変換部と、
   前記電圧変換部の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記ｓ個の駆動相に対応するｓ個の駆動信号であって、同一のキャリア周波数で均等な位相差を有するｓ個の駆動信号を前記電圧変換部に供給して、前記電圧変換部の動作を制御し、
   前記キャリア周波数を切り替える場合には、前記ｓ個の駆動信号の各駆動信号において、それぞれ、切り替え前のキャリア周波数の信号と切り替え後のキャリア周波数の信号との間に挿入される調整信号を、下式（１）が成立するように１周期挿入する、
   ことを特徴とする電圧変換システム。
   δ＝［（ｉ／ｓ）＋ｎｉ］・Ｔａ＋Ｔｄｉ＋［（（ｓ−ｉ）―１）／ｓ＋ｍｉ］・Ｔｂ
   ・・・（１）
   δは各駆動相に共通する遷移期間、ｉ（０≦ｉ≦ｓ−１）は前記ｓ個の駆動信号を互いに区別する番号、Ｔａは切り替え前のキャリア周期、ｎiは遷移期間中におけるｉ番目の駆動相の駆動信号の切り替え前のキャリア周期の回数、Ｔｄｉはｉ番目の駆動相の調整信号の周期、Ｔｂは切り替え後のキャリア周期、ｍｉは遷移期間中におけるｉ番目の駆動相の駆動信号の切り替え後のキャリア周期の回数である。

Images