JP2022090167A - 車載用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制する。【解決手段】車載用電源装置１は、電圧変換部６と制御部１２とを備えている。制御部１２は、電圧変換部６に対して降圧動作のみを行わせる第１制御と、昇圧動作のみを行わせる第２制御と、降圧動作及び昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行う。制御部１２は、第１制御の際に第１スイッチング素子Ｔ１に与えるオンオフ信号の第１デューティが上限閾値以上となった場合又は第２制御の際に第２スイッチング素子Ｔ２に与えるオンオフ信号の第２デューティが下限閾値以下となった場合に第３制御を行う。【選択図】図１

Description

本開示は車載用電源装置に関するものである。

特許文献１には、ＰＷＭ制御によりスイッチングする降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子を備え、入力電圧を降圧変換又は昇圧変換して出力する電圧変換装置が開示されている。この電圧変換装置は、降圧変換において、降圧用ＰＷＭ信号のデューティを徐々に上昇させて１００％まで到達させる。

特開２０１４－２２２９６９号公報

しかし、構成によっては、降圧用ＰＷＭ信号のデューティが１００％に近づくと、正常にスイッチングできなくなる場合がある。例えば、降圧用スイッチング素子がＮチャネル型のＦＥＴである場合、降圧用スイッチング素子をオン状態とするためには、ゲート電圧をソース電圧よりも高める必要がある。そこで、ブートストラップ回路によってゲート電圧をソース電圧よりも高めることが考えられる。しかし、この構成では、降圧用ＰＷＭ信号のデューティ比が１００％に近づくと、ブートストラップ回路のコンデンサの充電が不十分となり、降圧用スイッチング素子を正常にオン状態とすることができなくなるおそれがある。この場合、電圧変換が適切にされなくなる。

そこで、本開示では、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することが可能な技術の提供を目的とする。

本開示の車載用電源装置は、
第１導電路と第２導電路との間で電圧変換を行う電圧変換部と、前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた車載用電源装置であって、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を降圧して前記第２導電路に印加する降圧動作と、前記第２スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を昇圧して前記第２導電路に印加する昇圧動作とを行い、
前記制御部は、前記電圧変換部に対して前記降圧動作及び前記昇圧動作のうち前記降圧動作のみを行わせる第１制御と、前記昇圧動作のみを行わせる第２制御と、前記降圧動作及び前記昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行い、
前記第１制御の際に前記第１スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第１デューティが上限閾値以上となった場合又は前記第２制御の際に前記第２スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第２デューティが下限閾値以下となった場合に前記第３制御を行う。

本開示によれば、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の車載用電源システムの構成を概略的に示す回路図である。 図２は、第１制御から第２制御への移行処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、第１制御から第２制御へ移行するときの第１デューティ及び第２デューティの経時変化を示すグラフである。 図４は、第２制御から第１制御への移行処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、第２制御から第１制御へ移行するときの第１デューティ及び第２デューティの経時変化を示すグラフである。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

〔１〕第１導電路と第２導電路との間で電圧変換を行う電圧変換部と、前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた車載用電源装置であって、前記電圧変換部は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を降圧して前記第２導電路に印加する降圧動作と、前記第２スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を昇圧して前記第２導電路に印加する昇圧動作とを行い、前記制御部は、前記電圧変換部に対して前記降圧動作及び前記昇圧動作のうち前記降圧動作のみを行わせる第１制御と、前記昇圧動作のみを行わせる第２制御と、前記降圧動作及び前記昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行い、前記第１制御の際に前記第１スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第１デューティが上限閾値以上となった場合又は前記第２制御の際に前記第２スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第２デューティが下限閾値以下となった場合に前記第３制御を行う車載用電源装置。

この構成によれば、第１制御の際、第１デューティが上限閾値以上となるまでは降圧動作のみを行って消費電力を抑えることができ、第１デューティが上限閾値以上となった場合には第３制御を行うことで降圧動作だけでは困難な電圧変換を実現することができる。又は、この構成によれば、第２制御の際、第２デューティが下限閾値以下となるまでは昇圧動作のみを行って消費電力を抑えることができ、第２デューティが下限閾値以下となった場合には第３制御を行うことで昇圧動作だけでは困難な電圧変換を実現することができる。したがって、消費電力を抑えつつ、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

〔２〕前記制御部は、前記第１制御から前記第２制御に移行する際に、前記第１制御において前記第１デューティを徐々に上昇させる上昇制御を行い、前記上昇制御において前記第１デューティが前記上限閾値に達した場合に前記第３制御に切り替え、前記第３制御の後に前記第２制御を行う〔１〕に記載の車載用電源装置。

この構成によれば、降圧動作から昇圧動作に移行する過程で、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

〔３〕前記制御部は、前記第２制御から前記第１制御に移行する際に、前記第２デューティを徐々に低下させる低下制御を行い、前記低下制御において前記第２デューティが前記下限閾値に達した場合に前記第３制御に切り替え、前記第３制御の後に前記第１制御を行う〔１〕又は〔２〕に記載の車載用電源装置。

この構成によれば、昇圧動作から降圧動作に移行する過程で、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

〔４〕前記制御部は、前記第１制御又は前記第２制御から前記第３制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように前記第１デューティ及び前記第２デューティを調整する〔１〕から〔３〕のいずれか一項に記載の車載用電源装置。

この構成によれば、第１制御又は第２制御から第３制御に切り替える前後で、出力電圧が大きく変化することを抑制することができる。

＜第１実施形態＞
〔車載用電源システムの構成〕
図１で示す車載用電源システム１００は、車載用電源装置１と、第１電源部１０１と、第２電源部１０２とを備え、負荷１１１、１１２などの車載用負荷に対して電力を供給し得るシステムとして構成されている。

車載用電源装置１は、例えば、車載用の昇降圧型ＤＣＤＣコンバータとして構成されており、第１導電路９１又は第２導電路９２の一方の導電路に印加された直流電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する構成をなすものである。

車載用電源装置１は、電力線としての第１導電路９１及び第２導電路９２を備える。第１導電路９１は、高圧電源部である第１電源部１０１の高電位側の端子に電気的に接続され、この高電位側の端子と導通する配線であり、第１電源部１０１から所定の直流電圧が印加される構成をなす。第２導電路９２は、低圧電源部である第２電源部１０２の高電位側の端子に電気的に接続され、この高電位側の端子と導通する配線であり、第２電源部１０２から所定の直流電圧が印加される構成をなす。

第１電源部１０１、第２電源部１０２は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、その他の蓄電部など、公知の蓄電手段によって構成されている。第１電源部１０１の出力電圧は、第２電源部１０２の出力電圧よりも高い電圧であればよく、それぞれの出力電圧の具体的な値は特に限定されない。第１電源部１０１及び第２電源部１０２の低電位側の端子は図示しないグラウンドに電気的に接続され、所定のグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。

第１電源部１０１に電気的に接続された第１導電路９１には、負荷１１１が電気的に接続されており、負荷１１１は第１電源部１０１から電力供給を受ける構成をなす。第２電源部１０２に電気的に接続された第２導電路９２には、負荷１１２が電気的に接続されており、負荷１１２は第２電源部１０２から電力供給を受ける構成をなす。負荷１１１、１１２は、公知の車載用の電気部品であり、特に種類は限定されない。

車載用電源装置１は、電圧変換部６、電圧検出部２１，２２、制御部１２、駆動回路４１，４２，４３，４４及びコンデンサ８１，８２を備えている。

電圧変換部６は、第１導電路９１と第２導電路９２との間で電圧変換を行う。電圧変換部６は、第１スイッチング素子Ｔ１、第２スイッチング素子Ｔ２、第３スイッチング素子Ｔ３、第４スイッチング素子Ｔ４（以下、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ともいう）、及びインダクタＬを有する。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、例えばＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、Ｈブリッジ構造で配置されている。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、オンオフ信号が与えられることでオンオフ動作する。オンオフ信号は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。インダクタＬは、公知のコイルとして構成されている。電圧変換部６は、いわゆる双方向型のＤＣＤＣコンバータとして機能する。

第１スイッチング素子Ｔ１及び第３スイッチング素子Ｔ３は、第１導電路９１とグラウンドとの間に直列に接続される。第１スイッチング素子Ｔ１のドレインは、第１導電路９１に電気的に接続されており、第１スイッチング素子Ｔ１のソースは、第３スイッチング素子Ｔ３のドレイン及びインダクタＬの一端に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｔ３のソースは、グラウンドに電気的に接続されている。

第４スイッチング素子Ｔ４及び第２スイッチング素子Ｔ２は、第２導電路９２とグラウンドとの間に直列に接続される。第４スイッチング素子Ｔ４のドレインは、第２導電路９２に電気的に接続されている。第４スイッチング素子Ｔ４のソースは、第２スイッチング素子Ｔ２のドレイン及びインダクタＬの他端に電気的に接続されている。第２スイッチング素子Ｔ２のソースはグラウンドに電気的に接続されている。

コンデンサ８１の一端は、第１導電路９１に電気的に接続されており、コンデンサ８１の他端は、グラウンドに電気的に接続されている。コンデンサ８２の一端は、第２導電路９２に電気的に接続されており、コンデンサ８２の他端は、グラウンドに電気的に接続されている。

電圧変換部６は、第１スイッチング素子Ｔ１をオンオフ動作させることによって第１導電路９１に印加された電圧を降圧して第２導電路９２に印加する降圧動作を行う。また、電圧変換部６は、第２スイッチング素子Ｔ２をオンオフ動作させることによって第１導電路９１に印加された電圧を昇圧して第２導電路９２に印加する昇圧動作を行う。

電圧検出部２１，２２は、例えば公知の電圧検出回路として構成されている。電圧検出部２１は、第１導電路９１の電圧を検出する。電圧検出部２２は、第２導電路９２の電圧を検出する。

制御部１２は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を備える。制御部１２には、電圧検出部２１，２２が電気的に接続されており、電圧検出部２１，２２によって検出された電圧を示す信号が入力される。

制御部１２は、駆動回路４１，４２，４３，４４を介して電圧変換部６に電気的に接続されており、電圧変換部６に対して降圧動作及び昇圧動作を行わせる。制御部１２は、降圧動作及び昇圧動作を行わせる際、第２導電路９２の電圧が目標電圧値に近づくようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御は、例えばＰＩ制御、ＰＩＤ制御などである。目標電圧値は、制御部１２で設定される値であってもよく、外部ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの外部装置から指示される値であってもよい。

具体的には、制御部１２は、第２導電路９２の電圧と目標電圧値との偏差に基づいてＰＩＤ演算やＰＩ演算などの公知のフィードバック演算を行うことによって、第２導電路９２の電圧を目標電圧値に近づけるようにオンオフ信号のデューティを決定する。デューティとは、スイッチング周期に対するオン時間のことである。制御部１２は、フィードバック演算を周期的に行うことによって、デューティを周期的に更新する。デューティには、第１スイッチング素子Ｔ１をオンオフ制御するための降圧用の第１デューティと、第２スイッチング素子Ｔ２をオンオフ制御するための昇圧用の第２デューティとが含まれる。

制御部１２は、電圧変換部６に対して降圧動作を行わせる場合、第１デューティを決定し、決定した第１デューティのオンオフ信号を駆動回路４１，４３に与える。駆動回路４１は、制御部１２からオンオフ信号が与えられると、そのオンオフ信号と同周期及び同デューティのオンオフ信号を第１スイッチング素子Ｔ１のゲートに出力する。駆動回路４３は、制御部１２からオンオフ信号が与えられると、オンオフ状態を反転させて、駆動回路４１が第１スイッチング素子Ｔ１のゲートに出力するオンオフ信号と相補的なオンオフ信号を第３スイッチング素子Ｔ３のゲートに出力する。これにより、降圧動作が行われる際、同期整流制御が行われる。

制御部１２は、電圧変換部６に対して昇圧動作を行わせる場合、第２デューティを決定し、決定した第２デューティのオンオフ信号を駆動回路４２，４４に与える。駆動回路４２は、制御部１２からオンオフ信号が与えられると、そのオンオフ信号と同周期及び同デューティのオンオフ信号を第２スイッチング素子Ｔ２のゲートに出力する。駆動回路４４は、制御部１２からオンオフ信号が与えられると、オンオフ状態を反転させて、駆動回路４２が第２スイッチング素子Ｔ２のゲートに出力するオンオフ信号と相補的なオンオフ信号を第４スイッチング素子Ｔ４のゲートに出力する。これにより、昇圧動作が行われる際、同期整流制御が行われる。

ハイサイドのスイッチング素子Ｔ１，Ｔ４を制御する駆動回路４１，４４の各々は、例えば図示しないブートストラップ回路を有している。駆動回路４１，４４は、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ４のゲートにオン信号を与えるとき、ブートストラップ回路によってスイッチング素子Ｔ１，Ｔ４のソース電圧よりも高めた電圧をゲートに印加する。なお、本実施形態では、オン信号がハイレベル信号で、オフ信号がローレベル信号である。

制御部１２は、電圧変換部６に対して降圧動作及び昇圧動作のうち降圧動作のみを行わせる第１制御と、昇圧動作のみを行わせる第２制御と、降圧動作及び昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行う。制御部１２は、第１制御の際に第１デューティが上限閾値以上となった場合に、第３制御を行う。制御部１２は、第２制御の際に第２デューティが下限閾値以下となった場合に、第３制御を行う。本実施形態では、上限閾値を、上限値よりも小さい値とするが、上限値と同じ値としてもよい。また、本実施形態では、下限閾値を、下限値よりも大きい値とするが、下限値と同じ値としてもよい。

ここで、上限値及び下限値について説明する。上述したように、駆動回路４１，４４は、ブートストラップ回路によって昇圧した電圧をスイッチング素子Ｔ１，Ｔ４のゲートに印加する。このため、駆動回路４１，４４が生成するオンオフ信号のデューティが１００％に近づくと、オフ時間が短くなり、ブートストラップ回路に含まれるコンデンサの充電が不十分となる。その結果、駆動回路４１，４４がスイッチング素子Ｔ１，Ｔ４をオンに制御できなくなるおそれがある。そこで、第１スイッチング素子Ｔ１をオンオフ制御するための第１デューティに対して上限値が設定されている。また、昇圧動作の際にも、第４スイッチング素子Ｔ４がオン状態に切り替わらないと、同期整流方式でオンオフ制御することができない。このため、同期整流が可能な範囲として、第２スイッチング素子Ｔ２をオンオフ制御するための第２デューティに対して、１００％から上記上限値を差し引いた値が下限値として設定されている。上限値、下限値、上限閾値及び下限閾値は、予め制御部１２に記憶されている。本実施形態では、上限値は９７％、下限値は３％、上限閾値は９５％、下限閾値は５％である。

制御部１２は、第１制御から第２制御に移行する際に、第１制御において第１スイッチング素子Ｔ１に与えるオンオフ信号の第１デューティを徐々に上昇させる上昇制御を行う。制御部１２は、上昇制御において第１デューティが上限閾値に達した場合に第３制御に切り替え、第３制御の後に第２制御を行う。

制御部１２は、第２制御から第１制御に移行する際に、第２制御において第２スイッチング素子Ｔ２に与えるオンオフ信号の第２デューティを徐々に低下させる低下制御を行う。制御部１２は、低下制御において第２デューティが下限閾値に達した場合に第３制御に切り替え、第３制御の後に第１制御を行う。

制御部１２は、第１制御から第３制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。また、制御部１２は、第２制御から第３制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。「電圧変換率」とは、入力電圧に対する出力電圧の割合のことである。「電圧変換率が同一」とは、電圧変換率が完全に同一である場合に限らず、実質的に同一である場合も含まれる。「電圧変換率が実質的に同一」とは、例えば切り替え前後の電圧変換率の差が、予め定められた微差以内であることを意味する。

〔第１制御から第２制御への移行処理〕
次に、図２を参照して、第１制御から第２制御へ移行する流れについて説明する。
制御部１２は、例えば車両の始動スイッチ（例えばイグニッションスイッチ）がオンとなった場合に、図２に示す処理を開始する。制御部１２は、例えば車両の始動スイッチのオンオフ状態を示す信号を外部のＥＣＵ（Electronic Control Unit）から受け取ることで、車両の始動スイッチのオンオフ状態を把握することができる。

制御部１２は、図２に示す処理を開始すると、第２制御への移行条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。「第２制御への移行条件」は、例えば「車両の始動スイッチがオンとなったこと」であってもよいし、「各種センサによる検出値が所定値を超えたこと」であってもよいし、「ユーザによって所定の操作が行われたこと」であってもよい。制御部１２は、第２制御への移行条件が成立していない場合（ステップＳ１０にてＮｏ）、ステップＳ１０に戻る。つまり、制御部１２は、第２制御への移行条件が成立するまで、第２制御への移行条件が成立したか否かの判定を繰り返す。なお、制御部１２は、第２制御への移行条件が成立する前の状態においては、第１制御を行っているか、あるいは、第１制御、第２制御及び第３制御のいずれも行っていない。

制御部１２は、第２制御への移行条件が成立した場合（ステップＳ１０にてＹｅｓ）、上昇制御を開始する（ステップＳ１１）。例えば、制御部１２は、既に第１制御を行っている場合には実行中の第１制御において第２デューティを０％に固定したまま第１デューティを徐々に上昇させる。制御部１２は、第１制御を行っていない場合には第１制御を開始させて第２デューティを０％に固定したまま第１デューティを徐々に上昇させる。これにより、電圧変換部６の出力電圧が徐々に上昇する。

制御部１２は、上昇制御を開始した後、第１デューティが上限閾値以上となったか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御部１２は、第１デューティが上限閾値以上となっていない場合（ステップＳ１２にてＮｏ）、ステップＳ１２の処理に戻る。つまり、制御部１２は、上昇制御を継続しつつ、第１デューティが上限閾値以上となったか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第１デューティが上限閾値以上となった場合（ステップＳ１２にてＹｅｓ）、第３制御に切り替える（ステップＳ１３）。このとき、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。

ここで、第１デューティ及び第２デューティの調整方法の一例について説明する。電圧変換率は、以下の式（１）によって求められる。なお、電圧変換率を「ＴＲ［％］」とし、第１デューティを「Ｄ１［％］」とし、第２デューティを「Ｄ２［％］」とする。
ＴＲ＝Ｄ１×（１００／（１００－Ｄ２））・・・式（１）
切り替え前の状態においては、Ｄ２＝０であるため、式（１）に現在のＤ１を代入することで、切り替え直前のＴＲが求められる。例えばＤ１＝９５である場合、ＴＲ＝９５である。こうして切り替え直前の電圧変換率が求められる。つまり、切り替え直後の第１デューティ及び第２デューティは、式（１）にＴＲ＝９５を代入した式（２）を満たすＤ１及びＤ２ということになる。
９５＝Ｄ１×（１００／（１００－Ｄ２））・・・式（２）
例えば式（２）のＤ２に第２デューティの下限値である３［％］を代入することで、Ｄ１が求められる。この場合、Ｄ１＝９２．１５となる。つまり、切り替え直後において、第１スイッチング素子Ｔ１に与えられるオンオフ信号の第１デューティは９２．１５％となり、第３スイッチング素子Ｔ３に与えられるオンオフ信号の第３デューティは７．８５％となる。そして、第２スイッチング素子Ｔ２に与えられるオンオフ信号の第２デューティは３％となり、第４スイッチング素子Ｔ４に与えられるオンオフ信号の第４デューティは９７％となる。

制御部１２は、第１制御から第３制御に切り替える際、第３制御の第１モードに切り替える（ステップＳ１３）。第３制御の第１モードは、第２デューティを固定したまま第１デューティを徐々に上昇させるモードである。制御部１２は、第３制御の第１モードに切り替えた後、第３制御の第２モードへの切り替え条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１４）。「第２モードへの切替条件」は、例えば「第１デューティが上限値に達したこと」であってもよいし、「第３制御に切り替えてからの経過時間が所定時間に達したこと」であってもよい。制御部１２は、第２モードへの切替条件が成立していない場合（ステップＳ１４にてＮｏ）、ステップＳ１４の処理に戻る。つまり、制御部１２は、第１モードを継続して第１デューティを徐々に上昇させつつ、第２モードへの切替条件が成立したか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第２モードへの切替条件が成立した場合（ステップＳ１４にてＹｅｓ）、第３制御の第２モードに切り替える（ステップＳ１５）。第３制御の第２モードは、第１デューティを固定したまま第２デューティを上昇させるモードである。なお、第１デューティ及び第２デューティは、第１モードから第２モードへの切り替え前後で同一である。

制御部１２は、ステップＳ１５にて第２モードに切り替えた後、第２制御への切替条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１６）。「第２制御への切替条件」は、例えば「第２デューティが昇圧用の切替閾値以上となったこと」としてもよいし、「電圧変換率が、第１デューティを１００％、第２デューティを下限閾値とした場合の電圧変換率と同一になったこと」としてもよいし、「第２モードに切り替えてからの経過時間が所定時間に達したこと」としてもよい。

制御部１２は、第２制御への切替条件が成立していない場合（ステップＳ１６にてＮｏ）、ステップＳ１６の処理に戻る。つまり、制御部１２は、第３制御の第２モードを継続しつつ、第２制御への切替条件が成立したか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第２制御への切替条件が成立した場合（ステップＳ１６にてＹｅｓ）、第２制御に切り替える（ステップＳ１７）。制御部１２は、第３制御から第２制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。調整方法としては、例えば、まず式（１）に基づいて現在の電圧変換率を算出する。そして、式（１）において、現在の電圧変換率をＴＲに代入し、１００［％］をＤ１に代入することで、Ｄ２を求める。これにより、切り替え後の第２デューティが求められる。また、別の調整方法として、切り替え後の第１デューティ及び第２デューティを予め決めておき、第３制御において現在の電圧変換率が切り替え後の電圧変換率と同一となったタイミングで第２制御に切り替えるようにしてもよい。制御部１２は、第２制御に切り替えた後、第１デューティを１００％に維持しつつ、電圧変換部６の出力電圧が目標電圧値となるように第２デューティを徐々に上昇させる。

次に、第１制御から第２制御に移行するときのデューティの経時変化について説明する。図３に示す例では、制御部１２は、タイミングＴ１０の前段階において、第１制御、第２制御及び第３制御のいずれも行っていない。制御部１２は、タイミングＴ１０において、第２制御への移行条件が成立したことに基づき、上昇制御を開始する。その結果、第１デューティは徐々に上昇し、電圧変換部６からの出力電圧が徐々に上昇する。その後、タイミングＴ１１にて、第１デューティが上限閾値に達する。このため、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように、第１制御から第３制御に切り替える。その結果、第１デューティが切り替え直前よりも低下し、第２デューティが切り替え直前よりも上昇する。制御部１２は、タイミングＴ１１にて、第１制御から第３制御の第１モードに切り替える。このため、第２デューティが固定されたまま、第１デューティのみが徐々に上昇する。その後、タイミングＴ１２にて、第２モードへの切替条件が成立すると、制御部１２は、第２モードに切り替える。その結果、第１デューティが固定されたまま、第２デューティが徐々に上昇する。更に、タイミングＴ１３にて、第２制御への切替条件が成立すると、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第３制御から第２制御に切り替える。切替の際、第１デューティは上昇して１００％となり、第２デューティは低下して例えば下限閾値となる。その後、第１デューティは１００％で固定されたまま、第２デューティが徐々に上昇する。

〔第２制御から第１制御への移行処理〕
次に、図４を参照して、第２制御から第１制御へ移行する流れについて説明する。
制御部１２は、例えば上述した第１制御から第２制御への移行処理によって第２制御へ移行した場合に、図４に示す処理を開始する。

制御部１２は、図４に示す処理を開始すると、第１制御への移行条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３０）。「第１制御への移行条件」は、例えば「車両の始動スイッチがオフとなったこと」であってもよいし、「各種センサによる検出値が所定値を超えたこと」であってもよいし、「ユーザによって所定の操作が行われたこと」であってもよい。制御部１２は、第１制御への移行条件が成立していない場合（ステップＳ３０にてＮｏ）、ステップＳ３０に戻る。つまり、制御部１２は、第１制御への移行条件が成立するまで、第１制御への移行条件が成立したか否かの判定を繰り返す。なお、制御部１２は、第１制御への移行条件が成立する前の状態においては、第２制御を行っている。

制御部１２は、第１制御への移行条件が成立した場合（ステップＳ３０にてＹｅｓ）、低下制御を開始する（ステップＳ３１）。具体的には、制御部１２は、実行中の第２制御において第１デューティを１００％に固定したまま第２デューティを徐々に低下させる。これにより、電圧変換部６の出力電圧が徐々に低下する。

制御部１２は、低下制御を開始した後、第２デューティが下限閾値以下となったか否かを判定する（ステップＳ３２）。制御部１２は、第２デューティが下限閾値以下となっていない場合（ステップＳ３２にてＮｏ）、ステップＳ３２の処理に戻る。つまり、制御部１２は、低下制御を継続しつつ、第２デューティが下限閾値以下となったか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第２デューティが下限閾値以下となった場合（ステップＳ３２にてＹｅｓ）、第３制御に切り替える（ステップＳ３３）。このとき、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。

第３制御への切り替え直後の第１デューティ及び第２デューティは、例えば上述した式（１）を用いて求められる。具体的には、まず切り替え直前の電圧変換率を算出する。切り替え前の状態において、Ｄ１＝１００であるため、式（１）に現在のＤ２を代入することで、切り替え直前の電圧変換率が求められる。切り替え前の状態において、例えばＤ２が５［％］である場合、ＴＲは約１０５．２６［％］である。つまり、切り替え直前の電圧変換率は、約１０５．２６％である。切り替え直後の第１デューティ及び第２デューティは、式（１）にＴＲに１０５．２６［％］を代入した式（２）を満たすＤ１及びＤ２ということになる。
１０５．２６＝Ｄ１×（１００／（１００－Ｄ２））・・・式（３）
例えば式（３）のＤ１に第１デューティの上限値である９７％を代入することで、Ｄ１が求められる。この場合、Ｄ２は約７．８５［％］となる。つまり、切り替え直後において、第１スイッチング素子Ｔ１に与えられるオンオフ信号の第１デューティは９７％となり、第３スイッチング素子Ｔ３に与えられるオンオフ信号の第３デューティは３％となる。そして、第２スイッチング素子Ｔ２に与えられるオンオフ信号の第２デューティは７．８５％となり、第４スイッチング素子Ｔ４に与えられるオンオフ信号の第４デューティは９２．１５％となる。

制御部１２は、第２制御から第３制御に切り替える際、第３制御の第３モードに切り替える（ステップＳ３３）。第３制御の第３モードは、第１デューティを固定したまま第２デューティを徐々に低下させるモードである。制御部１２は、第３制御の第３モードに切り替えた後、第３制御の第４モードへの切り替え条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３４）。「第４モードへの切替条件」は、例えば「第２デューティが下限値に達したこと」であってもよいし、「第３制御に切り替えてからの経過時間が所定時間に達したこと」であってもよい。制御部１２は、第４モードへの切替条件が成立していない場合（ステップＳ３４にてＮｏ）、ステップＳ３４の処理に戻る。つまり、制御部１２は、第３モードを継続して第２デューティを徐々に低下させつつ、第４モードへの切替条件が成立したか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第４モードへの切替条件が成立した場合（ステップＳ３４にてＹｅｓ）、第３制御の第４モードに切り替える（ステップＳ３５）。第３制御の第４モードは、第２デューティを固定したまま第１デューティを低下させるモードである。なお、第１デューティ及び第２デューティは、第１モードから第２モードへの切り替え前後で同一である。

制御部１２は、ステップＳ３５にて第４モードに切り替えた後、第１制御への切替条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３６）。「第１制御への切替条件」は、例えば「第１デューティが降圧用の切替閾値以下となったこと」としてもよいし、「電圧変換率が、第１デューティを上限閾値、第２デューティを０％とした場合の電圧変換率と同一になったこと」としてもよいし、「第４モードに切り替えてからの経過時間が所定時間に達したこと」としてもよい。

制御部１２は、第１制御への切替条件が成立していない場合（ステップＳ３６にてＮｏ）、ステップＳ３６の処理に戻る。つまり、制御部１２は、第３制御の第４モードを継続しつつ、第１制御への切替条件が成立したか否かの判定を繰り返す。制御部１２は、第１制御への切替条件が成立した場合（ステップＳ３６にてＹｅｓ）、第１制御に切り替える（ステップＳ３７）。制御部１２は、第３制御から第１制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。調整方法としては、例えば、まず式（１）に基づいて現在の電圧変換率を算出する。そして、式（１）において、現在の電圧変換率をＴＲに代入し、０［％］をＤ２に代入することで、Ｄ１を求める。これにより、切り替え直後の第１デューティが求められる。また、別の調整方法として、切り替え後の第１デューティ及び第２デューティを予め決めておき、第３制御において現在の電圧変換率が切り替え後の電圧変換率と同一となったタイミングで第１制御に切り替えるようにしてもよい。制御部１２は、第１制御に切り替えた後、第２デューティを０％に維持しつつ、電圧変換部６の出力電圧が目標電圧値となるように第１デューティを徐々に低下させる。

次に、第２制御から第１制御に移行するときのデューティの経時変化について説明する。図５に示す例では、制御部１２は、タイミングＴ３０の前段階において、第２制御を行っている。制御部１２は、タイミングＴ３０において、第１制御への移行条件が成立したことに基づき、低下制御を開始する。その結果、第２デューティは徐々に低下し、電圧変換部６からの出力電圧が徐々に低下する。その後、タイミングＴ３１にて、第２デューティが下限閾値に達する。このため、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように、第２制御から第３制御に切り替える。その結果、第１デューティが切り替え直前よりも低下し、第２デューティが切り替え直前よりも上昇する。制御部１２は、タイミングＴ３１にて、第２制御から第３制御の第３モードに切り替える。このため、第１デューティが固定されたまま、第２デューティのみが徐々に低下する。その後、タイミングＴ３２にて、第４モードへの切替条件が成立すると、制御部１２は、第４モードに切り替える。その結果、第２デューティが固定されたまま、第１デューティが徐々に低下する。更に、タイミングＴ３３にて、第１制御への切替条件が成立すると、制御部１２は、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第３制御から第１制御に切り替える。切替の際、第１デューティは上昇して例えば上限閾値となり、第２デューティは０％となる。その後、第２デューティは０％で固定されたまま、第１デューティが徐々に低下する。

次に、本構成の効果を例示する。
本開示の車載用電源装置１は、電圧変換部６と制御部１２とを備えている。制御部１２は、電圧変換部６に対して降圧動作のみを行わせる第１制御と、昇圧動作のみを行わせる第２制御と、降圧動作及び昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行う。制御部１２は、第１制御の際に第１デューティが上限閾値以上となった場合に第３制御を行う。また、制御部１２は、第２制御の際に第２デューティが下限閾値以下となった場合に第３制御を行う。
この構成によれば、第１制御の際、第１デューティが上限閾値以上となるまでは降圧動作のみを行って消費電力を抑えることができ、第１デューティが上限閾値以上となった場合には第３制御を行うことで降圧動作だけでは困難な電圧変換を実現することができる。「降圧動作だけでは困難な電圧変換」とは、電圧変換率が１よりも小さくなる電圧変換のうち降圧動作だけでは困難な電圧変換のことを言い、具体的には、第１デューティが上限値を超える電圧変換のことを言う。更に、第２制御の際、第２デューティが下限閾値以下となるまでは昇圧動作のみを行って消費電力を抑えることができ、第２デューティが下限閾値以下となった場合には第３制御を行うことで昇圧動作だけでは困難な電圧変換を実現することができる。「昇圧動作だけでは困難な電圧変換」とは、電圧変換率が１よりも大きくなる電圧変換のうち昇圧動作だけでは困難な電圧変換のことを言い、具体的には、第２デューティが下限値を超える電圧変換のことを言う。この構成によれば、消費電力を抑えつつ、入力電圧に近い出力電圧に変換する場合であっても適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

更に、制御部１２は、第１制御から第２制御に移行する際に、第１制御において第１デューティを徐々に上昇させる上昇制御を行う。そして、制御部１２は、上昇制御において第１デューティが上限閾値に達した場合に第３制御に切り替え、第３制御の後に第２制御を行う。
この構成によれば、降圧動作から昇圧動作に移行する過程で、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

更に、制御部１２は、第２制御から第１制御に移行する際に、第２制御において第２デューティを徐々に低下させる低下制御を行う。そして、制御部１２は、低下制御において第２デューティが下限閾値に達した場合に第３制御に切り替え、第３制御の後に第１制御を行う。
この構成によれば、昇圧動作から降圧動作に移行する過程で、適切に電圧変換できなくなる事態の発生を抑制することができる。

制御部１２は、第１制御又は第２制御から第３制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように第１デューティ及び第２デューティを調整する。
この構成によれば、第１制御又は第２制御から第３制御に切り替える前後で、出力電圧が大きく変化することを抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記第１実施形態では、制御部が「第１制御の際に第１デューティが上限閾値以上となった場合」と「第２制御の際に第２デューティが下限閾値以上となった場合」のいずれの場合にも第３制御を行う構成とした。これに対し、制御部がいずれか一方の場合にのみ第３制御を行うようにしてもよい。

上記第１実施形態では、制御部がマイクロコンピュータを主体として構成されているが、マイクロコンピュータ以外の複数のハードウェア回路によって実現されてもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ：車載用電源装置
６ ：電圧変換部
１２ ：制御部
２１ ：電圧検出部
２２ ：電圧検出部
４１ ：駆動回路
４２ ：駆動回路
４３ ：駆動回路
４４ ：駆動回路
８１ ：コンデンサ
８２ ：コンデンサ
９１ ：第１導電路
９２ ：第２導電路
１００ ：車載用電源システム
１０１ ：第１電源部
１０２ ：第２電源部
１１１ ：負荷
１１２ ：負荷
Ｌ ：インダクタ
Ｔ１ ：第１スイッチング素子
Ｔ２ ：第２スイッチング素子
Ｔ３ ：第３スイッチング素子
Ｔ４ ：第４スイッチング素子

Claims (4)

1. 第１導電路と第２導電路との間で電圧変換を行う電圧変換部と、前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた車載用電源装置であって、
   前記電圧変換部は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を有し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を降圧して前記第２導電路に印加する降圧動作と、前記第２スイッチング素子をオンオフ動作させることによって前記第１導電路に印加された電圧を昇圧して前記第２導電路に印加する昇圧動作とを行い、
   前記制御部は、前記電圧変換部に対して前記降圧動作及び前記昇圧動作のうち前記降圧動作のみを行わせる第１制御と、前記昇圧動作のみを行わせる第２制御と、前記降圧動作及び前記昇圧動作の両方を行わせる第３制御とを行い、
   前記第１制御の際に前記第１スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第１デューティが上限閾値以上となった場合又は前記第２制御の際に前記第２スイッチング素子に与えるオンオフ信号の第２デューティが下限閾値以下となった場合に前記第３制御を行う
   車載用電源装置。
2. 前記制御部は、前記第１制御から前記第２制御に移行する際に、前記第１制御において前記第１デューティを徐々に上昇させる上昇制御を行い、前記上昇制御において前記第１デューティが前記上限閾値に達した場合に前記第３制御に切り替え、前記第３制御の後に前記第２制御を行う請求項１に記載の車載用電源装置。
3. 前記制御部は、前記第２制御から前記第１制御に移行する際に、前記第２デューティを徐々に低下させる低下制御を行い、前記低下制御において前記第２デューティが前記下限閾値に達した場合に前記第３制御に切り替え、前記第３制御の後に前記第１制御を行う請求項１又は請求項２に記載の車載用電源装置。
4. 前記制御部は、前記第１制御又は前記第２制御から前記第３制御に切り替える際に、切り替え前後で電圧変換率が同一となるように前記第１デューティ及び前記第２デューティを調整する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車載用電源装置。

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