JP2022095078A - On-vehicle power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は車載用電源装置に関するものである。 The present disclosure relates to an in-vehicle power supply device.
特許文献1の背景技術には、スイッチング電圧レギュレータが開示されている。このスイッチング電圧レギュレータは、パルス幅変調(PWM)を利用して入力電圧よりも小さな電圧出力を提供する降圧コンバータとして動作する。 The background technique of Patent Document 1 discloses a switching voltage regulator. This switching voltage regulator operates as a buck converter that utilizes pulse width modulation (PWM) to provide a voltage output smaller than the input voltage.
上述したような降圧コンバータを動作させるPWM信号は、例えばマイクロコンピュータによって生成される。マイクロコンピュータは、例えば降圧コンバータの出力電圧と目標電圧とに基づいて上記PWM信号のデューティを演算し、演算によって求められたデューティのPWM信号を生成する。しかし、PWM信号を生成するためのオン時間の分解能は、マイクロコンピュータのクロック周波数に依存する。このため、演算によって求められたデューティと実際に生成されるPWM信号のデューティとに差が生じ得る。この差は、電圧変換の精度を高める上で小さいことが好ましく、電圧変換に用いられるオンオフ信号のデューティの分解能を高めることでより小さくすることが可能となる。 The PWM signal that operates the buck converter as described above is generated by, for example, a microcomputer. The microcomputer calculates the duty of the PWM signal based on, for example, the output voltage of the buck converter and the target voltage, and generates a PWM signal of the duty obtained by the calculation. However, the on-time resolution for generating the PWM signal depends on the clock frequency of the microcomputer. Therefore, there may be a difference between the duty obtained by the calculation and the duty of the PWM signal actually generated. This difference is preferably small in order to improve the accuracy of voltage conversion, and can be made smaller by increasing the resolution of the duty of the on / off signal used for voltage conversion.
そこで、本開示では、電圧変換に用いられるオンオフ信号のデューティの分解能を高めることが可能な技術の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a technique capable of increasing the resolution of the duty of an on / off signal used for voltage conversion.
本開示の車載用電源装置は、
オン時間と周期が設定されたオンオフ信号が与えられることに応じてオンオフ動作するスイッチング素子を有し、前記オンオフ信号に応じた前記スイッチング素子のオンオフ動作により第1導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して第2導電路に出力する電圧変換部と、
前記オンオフ信号の前記周期及び前記オン時間を決定する演算部と、
前記演算部で決定された前記周期及び前記オン時間で前記オンオフ信号を生成する信号生成部と、
を有し、
前記演算部は、出力電圧と目標電圧に基づくフィードバック演算によってデューティ目標値を算出し、前記デューティ目標値と基準周期とに基づいて前記オン時間を決定し、前記デューティ目標値と前記オン時間とに基づいて前記周期を決定する。
The in-vehicle power supply device of the present disclosure is
It has a switching element that operates on and off in response to an on / off signal with an on-time and period set, and boosts the voltage applied to the first conductive path by the on / off operation of the switching element in response to the on / off signal. Or a voltage converter that steps down and outputs to the second conductive path,
An arithmetic unit that determines the period and on-time of the on / off signal, and
A signal generation unit that generates the on / off signal in the cycle and the on time determined by the calculation unit, and
Have,
The calculation unit calculates a duty target value by a feedback calculation based on an output voltage and a target voltage, determines the on-time based on the duty target value and a reference period, and sets the duty target value and the on-time. The cycle is determined based on this.
本開示によれば、電圧変換に用いられるオンオフ信号のデューティの分解能を高めることができる。 According to the present disclosure, it is possible to increase the resolution of the duty of the on / off signal used for voltage conversion.
[本開示の実施形態の説明]
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure are listed and exemplified.
〔1〕オン時間と周期が設定されたオンオフ信号が与えられることに応じてオンオフ動作するスイッチング素子を有し、前記オンオフ信号に応じた前記スイッチング素子のオンオフ動作により第1導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して第2導電路に出力する電圧変換部と、前記オンオフ信号の前記周期及び前記オン時間を決定する演算部と、前記演算部で決定された前記周期及び前記オン時間で前記オンオフ信号を生成する信号生成部と、を有し、前記演算部は、出力電圧と目標電圧に基づくフィードバック演算によってデューティ目標値を算出し、前記デューティ目標値と基準周期とに基づいて前記オン時間を決定し、前記デューティ目標値と前記オン時間とに基づいて前記周期を決定する車載用電源装置。 [1] It has a switching element that operates on and off in response to an on / off signal for which an on time and a period are set, and is applied to the first conductive path by the on / off operation of the switching element in response to the on / off signal. A voltage conversion unit that boosts or lowers the voltage and outputs it to the second conductive path, a calculation unit that determines the cycle and on-time of the on / off signal, and the cycle and on-time determined by the calculation unit. It has a signal generation unit that generates the on / off signal, and the calculation unit calculates a duty target value by feedback calculation based on an output voltage and a target voltage, and the calculation unit calculates the duty target value based on the duty target value and a reference period. An in-vehicle power supply device that determines a time and determines the cycle based on the duty target value and the on-time.
この車載用電源装置は、デューティ目標値と基準周期とに基づいてオン時間を決定し、デューティ目標値とオン時間とに基づいて周期を決定する。つまり、この車載用電源装置は、オン時間を決定した後、更に周期を調整することができる。このため、この車載用電源装置は、周期が固定されたPWM信号と比較して、電圧変換に用いられるオンオフ信号のデューティの分解能を高めることができる。 This in-vehicle power supply device determines the on-time based on the duty target value and the reference cycle, and determines the cycle based on the duty target value and the on-time. That is, the in-vehicle power supply device can further adjust the cycle after determining the on-time. Therefore, this in-vehicle power supply device can increase the resolution of the duty of the on / off signal used for voltage conversion as compared with the PWM signal having a fixed period.
〔2〕前記演算部は、予め定められた周期分解能で前記周期を選択可能であり、前記デューティ目標値と前記オン時間とに基づいて前記周期を決定する場合、選定可能な複数の周期候補値の中から前記デューティ目標値に近いデューティとなる値を前記周期として選択する〔1〕に記載の車載用電源装置。 [2] The calculation unit can select the cycle with a predetermined cycle resolution, and when the cycle is determined based on the duty target value and the on-time, a plurality of selectable cycle candidate values can be selected. The vehicle-mounted power supply device according to [1], wherein a value having a duty close to the duty target value is selected as the period.
この車載用電源装置は、デューティ目標値とオン時間とに基づいて周期を決定する場合、選定可能な複数の周期候補値の中からデューティ目標値に近いデューティとなる値を周期として選択する。このため、この車載用電源装置は、周期が固定されたPWM信号と比較して、よりデューティ目標値に近いデューティのオンオフ信号を生成することができる。したがって、この車載用電源装置によれば、電圧変換の精度をより向上させることができる。 When the cycle is determined based on the duty target value and the on-time, the vehicle-mounted power supply device selects a value having a duty close to the duty target value from a plurality of selectable cycle candidate values as the cycle. Therefore, this in-vehicle power supply device can generate an on / off signal having a duty closer to the duty target value as compared with a PWM signal having a fixed period. Therefore, according to this in-vehicle power supply device, the accuracy of voltage conversion can be further improved.
〔3〕前記演算部は、予め定められたオン時間分解能で前記オン時間を選択可能であり、選定可能なオン時間候補値の中から、前記デューティ目標値に対して前記基準周期を乗じて得られる乗算値に近い値を前記オン時間として選択する〔1〕又は〔2〕に記載の車載用電源装置。 [3] The calculation unit can select the on-time with a predetermined on-time resolution, and obtains the duty target value by multiplying the reference period from the selectable on-time candidate values. The vehicle-mounted power supply device according to [1] or [2], wherein a value close to the multiplication value to be obtained is selected as the on-time.
この車載用電源装置によれば、オン時間を決定する処理を簡素化することができる。 According to this in-vehicle power supply device, the process of determining the on-time can be simplified.
<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、第1蓄電部91と、第2蓄電部92と、車載用電源装置1と、を備える。
<First Embodiment>
[Configuration of in-vehicle power supply system]
The vehicle-mounted
第1蓄電部91は、例えばリチウムイオン電池などの公知のバッテリによって構成されている。第1蓄電部91は、リチウムイオン電池に限定されず、充放電可能に構成された他種のバッテリなどであってもよい。第1蓄電部91において最も電位が大きい端子である高電位側の端子は、第1導電路81に電気的に接続される。第1蓄電部91において最も電位が小さい端子である低電位側の端子は、グラウンド83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導電路81には第1蓄電部91の出力電圧が印加される。なお、本実施形態において、電圧とは、グラウンド83の電位を基準とした電位の大きさを意味する。
The first
第2蓄電部92は、例えば鉛バッテリなどの公知のバッテリによって構成されている。第2蓄電部92は、鉛バッテリに限定されず、充放電可能に構成された他種のバッテリなどであってもよい。第2蓄電部92において最も電位が大きい端子である高電位側の端子は、第2導電路82に電気的に接続される。第2蓄電部92において最も電位が小さい端子である低電位側の端子は、グラウンド83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2導電路82には、第2蓄電部92の出力電圧が印加される。第2蓄電部92の満充電時の出力電圧は、第1蓄電部91の満充電時の出力電圧よりも小さい。
The second
高圧側の第1導電路81には、第1導電路81を介して直流電力が供給されるように車載用の負荷が電気的に接続されていてもよい。低圧側の第2導電路82には、第2導電路82を介して直流電力が供給されるように車載用の負荷が電気的に接続されていてもよい。
An in-vehicle load may be electrically connected to the first
車載用電源装置1は、例えば車載用の降圧型DCDCコンバータであり、第1導電路81に印加された直流電圧を降圧して第2導電路82に印加する降圧動作を行う。車載用電源装置1は、電圧変換部10と、電圧検出部22と、電流検出部24と、制御部30と、を備える。
The in-vehicle power supply device 1 is, for example, an in-vehicle step-down DCDC converter, and performs a step-down operation of stepping down the DC voltage applied to the first
電圧変換部10は、第1スイッチング素子11と、第2スイッチング素子12と、インダクタ14と、コンデンサ15,16と、を有する。第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12は、第1導電路81と基準導電路73との間に直列に接続され、ハーフブリッジ回路を構成している。第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12は、例えば半導体スイッチング素子であり、より具体的にはNチャネル型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12は、オンオフ信号が与えられることに応じてオンオフ動作する。第1スイッチング素子11は、「スイッチング素子」の一例に相当する。第1スイッチング素子11のゲートには、オン時間Honと周期Tが設定されたオンオフ信号が与えられる。オンオフ信号は、例えば周期Tの開始とともにオン信号となり、規定されたオン時間Honが経過するとオフ信号となる。なお、オン時間Honが0の場合には、周期Tの開始からオフ信号となる。第2スイッチング素子12のゲートには、第1スイッチング素子11に与えられるオンオフ信号と相補的なオンオフ信号が与えられる。第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12の切り替わり時には、第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12の両方がオフ状態となるデッドタイムが設定されている。電圧変換部10は、オンオフ信号に応じた第1スイッチング素子11のオンオフ動作により第1導電路81に印加された電圧を降圧して第2導電路82に出力する降圧動作を行う。
The
第1スイッチング素子11のドレインは、第1導電路81に電気的に接続されている。第1スイッチング素子11のソースは、第2スイッチング素子12のドレイン及びインダクタ14の一端に電気的に接続されている。第2スイッチング素子12のソースは、基準導電路73に電気的に接続されている。インダクタ14の他端は、第2導電路82に電気的に接続されている。コンデンサ15の一端は第1導電路81に電気的に接続されており、コンデンサ15の他端は基準導電路73に電気的に接続されている。コンデンサ16の一端は第2導電路82に電気的に接続されており、コンデンサ16の他端は、基準導電路73に電気的に接続されている。
The drain of the first switching element 11 is electrically connected to the first
電圧検出部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22は、第2導電路82の電圧を検出し、第2導電路82の電圧に応じた信号を出力する。第2導電路82の電圧に応じた信号は、制御部30に入力される。
The
電流検出部24は、例えば抵抗器と差動増幅器とを有する。電流検出部24は、第2導電路82の電流を検出し、第2導電路82の電流に応じた信号を出力する。第2導電路82の電流に応じた信号は、制御部30に入力される。
The
制御部30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、発振回路等を備える。
The
制御部30は、電圧変換部10を制御する。制御部30は、第1スイッチング素子11及び第2スイッチング素子12にオンオフ信号を与えることで、同期整流方式で電圧変換部10に降圧動作を行わせる。制御部30は、降圧動作を行わせる際、第2導電路82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。目標電圧は、制御部30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。
The
制御部30は、演算部32と、信号生成部34とを有する。演算部32は、オンオフ信号の周期T及びオン時間Honを決定する。信号生成部34は、演算部32で決定された周期T及びオン時間Honでオンオフ信号を生成する。演算部32は、出力電圧と目標電圧に基づくフィードバック演算によってデューティ目標値Dtgを算出し、デューティ目標値Dtgと基準周期Tsとに基づいてオン時間Honを決定し、デューティ目標値Dtgとオン時間Honとに基づいて周期Tを決定する。
The
演算部32は、予め定められた周期分解能Rtで周期Tを選択可能であり、デューティ目標値Dtgとオン時間Honとに基づいて周期Tを決定する場合、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する。演算部32は、予め定められたオン時間分解能Ronでオン時間Honを選択可能であり、選択可能なオン時間候補値Conの中から、デューティ目標値Dtgに対して基準周期Tsを乗じて得られる乗算値(Dtg×Ts)に近い値をオン時間Honとして選択する。
The
〔信号生成処理〕
次の説明は、制御部30が行う信号生成処理に関する。なお、ステップS101~S108の処理は、例えば演算部32によって行われ、ステップS109~S111の処理は、例えば信号生成部34によって行われる。
[Signal generation processing]
The following description relates to the signal generation processing performed by the
制御部30は、開始条件が成立した場合、図2に例示する信号生成処理を行う。開始条件は、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)がオンとなったことである。制御部30は、例えば始動スイッチのオンオフ状態を示すオンオフ信号を外部装置から受信することで、始動スイッチのオンオフ状態を把握することができる。
When the start condition is satisfied, the
制御部30は、信号生成処理が開始されると、電圧変換部10の出力電圧、つまり第2導電路82の電圧を特定する(ステップS101)。制御部30は、出力電圧を特定した後、特定した出力電圧と目標電圧との偏差を算出する。制御部30は、偏差を算出した後、算出した偏差に基づいて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、出力電圧を目標電圧に近づけるようにオンオフ信号のデューティ目標値Dtgを算出する(ステップS102)。
When the signal generation process is started, the
制御部30は、デューティ目標値Dtgを算出した後、デューティ目標値Dtgと基準周期Tsとに基づいてオン時間Honを決定する(ステップS103)。より具体的には、制御部30は、予め定められたオン時間分解能Ronでオン時間Honを選択可能であり、選択可能なオン時間候補値Conの中から、デューティ目標値Dtgに対して基準周期Tsを乗じて得られる乗算値(Dtg×Ts)に近い値をオン時間Honとして選択する。本実施形態では、制御部30は、選択可能なオン時間候補値Conの中から、Dtg×Ts以下でDtg×Tsに最も近い値をオン時間Honとして選択する。より具体的には、制御部30は、オン時間候補値Conであって且つDtg×Ts以下の値のうちの最大値をオン時間Honとして選択する。なお、オン時間分解能Ronは、マイクロコンピュータのクロック周期Tcである。オン時間候補値Conは、Tc×Nである。Nは0及び正の整数である。基準周期Tsは、スイッチング周期の基準となる予め定められた値であり、予め制御部30に記憶される。
After calculating the duty target value Dtg, the
制御部30は、オン時間Honを決定した後、ステップS104~S108の処理によって、周期Tを決定する。より具体的には、制御部30は、予め定められた周期分解能Rtで周期Tを選択可能であり、デューティ目標値Dtgとオン時間Honとに基づいて周期Tを決定する場合、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する。これにより、制御部30は、オン時間Honを決定した後、デューティがよりデューティ目標値Dtgに近づくように周期Tを微調整することができる。本実施形態では、制御部30は、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以上で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する。より具体的には、制御部30は、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以上で最小のデューティとなる値を周期Tとして選択する。なお、周期分解能Rtは、マイクロコンピュータのクロック周期Tcである。周期候補値Ctは、Tc×Mである。Mは、正の整数である。
After determining the on-time Hon, the
制御部30は、オン時間Honを決定した後、基準周期Tsを仮周期Ttmpとし(ステップS104)、Hon/Ttmpを仮デューティDtmpとして算出する(ステップS105)。そして、制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上であるか否かを判定する(ステップS106)。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上でない場合(ステップS106にてNoの場合)、現在の仮周期Ttmpから周期分解能Rtを減算した値を新たな仮周期Ttmpとする(ステップS107)。そして、制御部30は、ステップS105の処理に戻り、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上となるまでステップS105~ステップS107の処理を繰り返す。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上である場合(ステップS106にてYesの場合)、現在の仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS108)。
After determining the on-time Hon, the
制御部30は、周期Tを決定した後、オンオフ信号を出力中であるか否かを判定する(ステップS109)。制御部30がオンオフ信号を出力中でない場合(ステップS109にてNoの場合)、信号生成部34は、ステップS103にて決定したオン時間HonとステップS108にて決定した周期Tとでオンオフ信号を生成して出力する(ステップS111)。その後、制御部30は、ステップS101の処理に戻る。
After determining the period T, the
制御部30は、オンオフ信号を出力中である場合(ステップS109にてYesの場合)、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過したか否かを判定する(ステップS110)。制御部30は、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過していない場合(ステップS110にてNo)、ステップS110の処理に戻る。つまり、制御部30は、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過するまで待機状態となる。出力中のオンオフ信号の周期Tが経過すると(ステップS110にてYes)、信号生成部34は、ステップS103にて決定したオン時間HonとステップS108にて決定した周期Tとでオンオフ信号を生成して出力する(ステップS111)。
When the on / off signal is being output (Yes in step S109), the
このように、制御部30は、ステップS101~S111の処理によって周期Tとオン時間Honを決定し、決定した周期Tとオン時間Honでオンオフ信号を生成して出力する。そして、制御部30は、オンオフ信号の出力中に次回の周期Tとオン時間Honを決定し、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過すると、次回の周期Tとオン時間Honでオンオフ信号を生成して出力する。すなわち、制御部30は、ステップS101~S111の処理を繰り返し行うことで、オンオフ信号の周期T及びオン時間Honを周期的に更新する。
In this way, the
次の説明は、信号生成処理の具体例に関する。なお、本実施形態において、クロック周期Tc=12.5ns、基準周期Ts=Tc×800=10μsとする。 The following description relates to a specific example of signal generation processing. In this embodiment, the clock period Tc = 12.5ns and the reference period Ts = Tc × 800 = 10μs.
制御部30は、出力電圧を特定した後(ステップS101の後)、デューティ目標値Dtgを算出する(ステップS102)。デューティ目標値Dtgは、例えば26.200%であったとする。この場合、デューティ目標値Dtgに対して基準周期Tsを乗じて得られる乗算値(Dtg×Ts)は、Tc×209.6となる。制御部30は、選択可能なオン時間候補値Con(Tc×N)の中から、Tc×209.6以下の値のうちの最大値であるTc×209をオン時間Honとして決定する。言い換えると、制御部30は、Dtg×Ts/Tcの小数点以下を切り捨てした値をオン時間Honとして決定する。
After specifying the output voltage (after step S101), the
続いて、制御部30は、基準周期Ts(Tc×800)を仮周期Ttmpとし(ステップS104)、Hon/Ttmpを仮デューティDtmpとして算出する(ステップS105)。仮デューティDtmpは、Hon/Ttmp=(Tc×209)/(Tc×800)=209/800=26.125%となる。そして、制御部30は、ステップS106にて、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上であるか否かを判定する(ステップS106)。仮デューティDtmp(26.125%)は、デューティ目標値Dtg(26.200%)以上でないため、制御部30は、現在の仮周期Ttmp(Tc×800)から周期分解能Rt(Tc)を減算した値を新たな仮周期Ttmp(Tc×799)とする(ステップS107)。そして、制御部30は、再度、仮デューティDtmpを算出して、デューティ目標値Dtg以上となったか否かを判定する(ステップS106)。このように、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上となるまで、ステップS105~S107の処理が繰り返される。具体的には、仮周期Ttmp=Tc×799の場合、仮デューティDtmp≒26.158%となり、仮周期Ttmp=Tc×798の場合、仮デューティDtmp≒26.190%となり、仮周期Ttmp=Tc×797の場合、仮デューティDtmp≒26.223%となる。このため、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×797のときに、仮デューティDtmp(26.223%)がデューティ目標値Dtg(26.200%)以上であると判定する。そして、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×797を周期Tとして決定する(ステップS108)。制御部30は、オンオフ信号出力中でなければ、決定した周期T(Tc×797)とオン時間Hon(Tc×209)でオンオフ信号を生成して出力する。制御部30は、オンオフ信号出力中であれば、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過してから、決定した周期T(Tc×797)とオン時間Hon(Tc×209)でオンオフ信号を生成して出力する。
Subsequently, the
次の説明は、本開示の作用及び効果に関する。
この車載用電源装置1は、デューティ目標値Dtgと基準周期Tsとに基づいてオン時間Honを決定し、デューティ目標値Dtgとオン時間Honとに基づいて周期Tを決定する。つまり、この車載用電源装置1は、オン時間Honを決定した後、更に周期Tを調整することができる。このため、この車載用電源装置1は、周期Tが固定されたPWM信号と比較して、電圧変換に用いられるオンオフ信号のデューティの分解能を高めることができる。
The following description relates to the actions and effects of the present disclosure.
The vehicle-mounted power supply device 1 determines the on-time Hon based on the duty target value Dtg and the reference cycle Ts, and determines the cycle T based on the duty target value Dtg and the on-time Hon. That is, the vehicle-mounted power supply device 1 can further adjust the period T after determining the on-time Hon. Therefore, the vehicle-mounted power supply device 1 can increase the resolution of the duty of the on / off signal used for voltage conversion as compared with the PWM signal having a fixed period T.
更に、この車載用電源装置1は、デューティ目標値Dtgとオン時間Honとに基づいて周期Tを決定する場合、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する。このため、この車載用電源装置1は、周期Tが固定されたPWM信号と比較して、よりデューティ目標値Dtgに近いデューティのオンオフ信号を生成することができる。したがって、この車載用電源装置1によれば、電圧変換の精度をより向上させることができる。 Further, when the cycle T is determined based on the duty target value Dtg and the on-time Hon, the vehicle-mounted power supply device 1 has a duty close to the duty target value Dtg from among a plurality of selectable cycle candidate values Ct. Select the value as period T. Therefore, the vehicle-mounted power supply device 1 can generate an on / off signal having a duty closer to the duty target value Dtg as compared with the PWM signal having a fixed period T. Therefore, according to the vehicle-mounted power supply device 1, the accuracy of voltage conversion can be further improved.
更に、演算部32は、予め定められたオン時間分解能Ronでオン時間Honを選択可能であり、選定可能なオン時間候補値Conの中から、デューティ目標値Dtgに対して基準周期Tsを乗じて得られる乗算値に近い値をオン時間Honとして選択する。このため、この車載用電源装置1によれば、オン時間Honを決定する処理を簡素化することができる。
Further, the
<第2実施形態>
第1実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選択可能なオン時間候補値Conの中から、Dtg×Ts以下でDtg×Tsに最も近い値をオン時間Honとして選択する構成とした。これに対し、第2実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選択可能なオン時間候補値Conの中から、Dtg×Ts以上でDtg×Tsに最も近い値をオン時間Honとして選択する点で異なる。
また、第1実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以上で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する構成とした。これに対し、第2実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以下で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する点で異なる。
なお、その他の点で、第1実施形態と第2実施形態は共通する。以下の第2実施形態の説明では、第1実施形態と同一の構成については同一の符号が付され、詳しい説明が省略される。
<Second Embodiment>
In the signal generation process of the first embodiment, the
Further, in the signal generation processing of the first embodiment, the
In other respects, the first embodiment and the second embodiment are common. In the following description of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
制御部30は、開始条件が成立した場合に、図3に例示する信号生成処理を行う。制御部30は、信号生成処理を開始すると、出力電圧を特定し(ステップS101)、デューティ目標値Dtgを算出する(ステップS102)。そして、制御部30は、デューティ目標値Dtgと基準周期Tsとに基づいてオン時間Honを決定する(ステップS203)。本実施形態では、制御部30が、選択可能なオン時間候補値Conの中から、Dtg×Ts以上でDtg×Tsに最も近い値をオン時間Honとして選択する。より具体的には、制御部30は、オン時間候補値Conで且つDtg×Ts以上の値のうちの最小値をオン時間Honとして選択する。
When the start condition is satisfied, the
制御部30は、オン時間Honを決定した後、ステップS104,S105,S206,S207,S108の処理によって、周期Tを決定する。本実施形態では、制御部30は、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以下で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する。より具体的には、制御部30は、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以下で最大のデューティとなる値を周期Tとして選択する。
After determining the on-time Hon, the
制御部30は、オン時間Honを決定した後、基準周期Tsを仮周期Ttmpとし(ステップS104)、Hon/Ttmpを仮デューティDtmpとして算出する(ステップS105)。そして、制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下であるか否かを判定する(ステップS206)。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下でない場合(ステップS206にてNoの場合)、現在の仮周期Ttmpから周期分解能Rtを加算した値を新たな仮周期Ttmpとする(ステップS207)。そして、制御部30は、ステップS105の処理に戻り、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下となるまでステップS105,S206,S207の処理を繰り返す。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下である場合(ステップS206にてYesの場合)、現在の仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS108)。
After determining the on-time Hon, the
制御部30は、オンオフ信号を出力中であるか否かを判定する(ステップS109)。制御部30は、オンオフ信号を出力中でない場合(ステップS109にてNoの場合)、ステップS203にて決定したオン時間HonとステップS108にて決定した周期Tとでオンオフ信号を生成して出力する(ステップS111)。その後、制御部30は、ステップS101の処理に戻る。
The
次の説明は、信号生成処理の具体例に関する。
制御部30は、出力電圧を特定した後(ステップS101の後)、デューティ目標値Dtgを算出する(ステップS102)。デューティ目標値Dtgは、例えば26.200%であったとする。この場合、デューティ目標値Dtgに対して基準周期Tsを乗じて得られる乗算値(Dtg×Ts)は、Tc×209.6となる。制御部30は、選択可能なオン時間候補値Con(Tc×N)の中から、Tc×209.6以上の値のうちの最小値であるTc×210をオン時間Honとして決定する。言い換えると、制御部30は、Dtg×Ts/Tcの小数点以下を切り上げした値をオン時間Honとして決定する。
The following description relates to a specific example of signal generation processing.
After specifying the output voltage (after step S101), the
続いて、制御部30は、基準周期Ts(Tc×800)を仮周期Ttmpとし(ステップS104)、Hon/Ttmpを仮デューティDtmpとして算出する(ステップS105)。仮デューティDtmpは、Hon/Ttmp=(Tc×210)/(Tc×800)=210/800=26.250%となる。そして、制御部30は、ステップS206にて、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下であるか否かを判定する(ステップS206)。仮デューティDtmp(26.250%)は、デューティ目標値Dtg(26.200%)以下でないため、制御部30は、現在の仮周期Ttmp(Tc×800)から周期分解能Rt(Tc)を加算した値を新たな仮周期Ttmp(Tc×801)とする(ステップS207)。そして、制御部30は、再度、仮デューティDtmpを算出して、デューティ目標値Dtg以下となったか否かを判定する(ステップS206)。このように、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下となるまで、ステップS105,S206,S207の処理が繰り返される。具体的には、仮周期Ttmp=Tc×801の場合、仮デューティDtmp≒26.217%となり、仮周期Ttmp=Tc×802の場合、仮デューティDtmp≒26.185%となる。つまり、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×802のときに、仮デューティDtmp(26.185%)がデューティ目標値Dtg(26.200%)以下であると判定する。そして、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×802を周期Tとして決定する(ステップS108)。制御部30は、オンオフ信号出力中でなければ、決定した周期T(Tc×802)とオン時間Hon(Tc×210)でオンオフ信号を生成して出力する。制御部30は、オンオフ信号出力中であれば、出力中のオンオフ信号の周期Tが経過してから、決定した周期T(Tc×802)とオン時間Hon(Tc×210)でオンオフ信号を生成して出力する。
Subsequently, the
<第3実施形態>
第1実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以上で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する構成とした。これに対し、第3実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに最も近いデューティとなる値を周期Tとして選択する点で異なる。
なお、その他の点で、第1実施形態と第3実施形態は共通する。以下の第3実施形態の説明では、第1実施形態と同一の構成については同一の符号が付され、詳しい説明が省略される。
<Third Embodiment>
In the signal generation process of the first embodiment, the
In other respects, the first embodiment and the third embodiment are common. In the following description of the third embodiment, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
制御部30は、開始条件が成立した場合に、図4に例示する信号生成処理を行う。図4に例示する信号生成処理は、ステップS106の後に、ステップS108に代えてステップS120,S121,S122を行う点で、図2に例示する信号生成処理と異なり、その他の点で共通する。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上となった場合(ステップS106にてYesの場合)、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近いか否かを判定する(ステップS120)。「1つ前の仮デューティDtmp」とは、ステップS106にてNoと判定されステップS107にて周期分解能Rtが減算される前の仮デューティDtmpのことであり、具体的には、Hon/(Ttmp+Rt)のことである。
When the start condition is satisfied, the
制御部30は、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近い場合(ステップS120にてYesの場合)、仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS121)。制御部30は、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近くない場合(ステップS120にてNoの場合)、1つ前の仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS122)。「1つ前の仮周期Ttmp」とは、ステップS106にてNoと判定されステップS107にて周期分解能Rtが減算される前の仮周期Ttmpのことであり、具体的には、Ttmp+Rtのことである。
When the provisional duty Dtpm is closer to the duty target value Dtg than the previous provisional duty Dtmp (Yes in step S120), the
例えば、第1実施形態で説明したように、デューティ目標値Dtgが26.200%であったとする。仮周期Ttmp=Tc×799の場合、仮デューティDtmp≒26.158%となり、仮周期Ttmp=Tc×798の場合、仮デューティDtmp≒26.190%となり、仮周期Ttmp=Tc×797の場合、仮デューティDtmp≒26.223%となる。この場合、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×797となったときに、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上となった(ステップS106にてYes)と判定する。このときの仮デューティDtmpは26.223%であり、1つ前の仮デューティDtmpは26.190%である。つまり、仮デューティDtmp(26.223%)が1つ前の仮デューティDtmp(26.190%)よりもデューティ目標値Dtg(26.200%)に近くない。よって、制御部30は、1つ前の仮周期Ttmp(Tc×798)を周期Tとして決定する。これにより、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに最も近いデューティとなる値が周期Tとして決定される。
For example, as described in the first embodiment, it is assumed that the duty target value Dtg is 26.200%. When the tentative cycle Ttpp = Tc × 799, the tentative duty Dtpp ≈26.158%, when the tentative cycle Ttmmp = Tc × 798, the tentative duty Dtpp≈26.190%, and when the tentative cycle Ttpp = Tc × 797, Temporary duty Dtpp≈26.223%. In this case, the
制御部30は、ステップS121又はステップS122の後、決定した周期Tとオン時間Honでオンオフ信号を生成して出力する(ステップS111)。
After step S121 or step S122, the
<第4実施形態>
第2実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtg以下で最もデューティ目標値Dtgに近いデューティとなる値を周期Tとして選択する構成とした。これに対し、第4実施形態の信号生成処理では、制御部30が、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに最も近いデューティとなる値を周期Tとして選択する点で異なる。
なお、その他の点で、第2実施形態と第4実施形態は共通する。以下の第4実施形態の説明では、第2実施形態と同一の構成については同一の符号が付され、詳しい説明が省略される。
<Fourth Embodiment>
In the signal generation process of the second embodiment, the
In other respects, the second embodiment and the fourth embodiment are common. In the following description of the fourth embodiment, the same components as those of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
制御部30は、開始条件が成立した場合に、図5に例示する信号生成処理を行う。図5に例示する信号生成処理は、ステップS206の後に、ステップS108に代えてステップS220,S221,S222を行う点で、図3に例示する信号生成処理と異なり、その他の点で共通する。制御部30は、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以下となった場合(ステップS206にてYesの場合)、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近いか否かを判定する(ステップS120)。「1つ前の仮デューティDtmp」とは、ステップS206にてNoと判定されステップS207にて周期分解能Rtが加算される前の仮デューティDtmpのことであり、具体的には、Hon/(Ttmp-Rt)のことである。
When the start condition is satisfied, the
制御部30は、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近い場合(ステップS220にてYesの場合)、仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS221)。制御部30は、仮デューティDtmpが1つ前の仮デューティDtmpよりもデューティ目標値Dtgに近くない場合(ステップS220にてNoの場合)、1つ前の仮周期Ttmpを周期Tとして決定する(ステップS222)。「1つ前の仮周期Ttmp」とは、ステップS206にてNoと判定されステップS207にて周期分解能Rtが加算される前の仮周期Ttmpのことであり、具体的には、Ttmp-Rtのことである。
When the provisional duty Dtpm is closer to the duty target value Dtg than the previous provisional duty Dtmp (Yes in step S220), the
例えば、第2実施形態で説明したように、デューティ目標値Dtgが26.200%であったとする。仮周期Ttmp=Tc×801の場合、仮デューティDtmp≒26.217%となり、仮周期Ttmp=Tc×802の場合、仮デューティDtmp≒26.185%となる。この場合、制御部30は、仮周期Ttmp=Tc×802となったときに、仮デューティDtmpがデューティ目標値Dtg以上となった(ステップS106にてYes)と判定する。このときの仮デューティDtmpは26.185%であり、1つ前の仮デューティDtmpは26.217%である。つまり、仮デューティDtmp(26.185)が1つ前の仮デューティDtmp(26.217%)よりもデューティ目標値Dtg(26.200%)に近くない。よって、制御部30は、1つ前の仮周期Ttmp(Tc×801)を周期Tとして決定する。これにより、選定可能な複数の周期候補値Ctの中からデューティ目標値Dtgに最も近いデューティとなる値が周期Tとして決定される。
For example, as described in the second embodiment, it is assumed that the duty target value Dtg is 26.200%. When the tentative cycle Ttpp = Tc × 801, the tentative duty Dtpp≈26.217%, and when the tentative cycle Ttpp = Tc × 802, the tentative duty Dtpp≈26.185%. In this case, the
制御部30は、ステップS221又はステップS222の後、決定した周期Tとオン時間Honでオンオフ信号を生成して出力する(ステップS111)。
After step S221 or step S222, the
<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。
<Other embodiments>
The present disclosure is not limited to the embodiments described above with reference to the description and drawings. For example, the features of the embodiments described above or below can be combined in any combination within a consistent range. Further, any of the features of the above-mentioned or later-described embodiments may be omitted unless it is clearly stated as essential. Further, the above-described embodiment may be modified as follows.
上記各実施形態では、電圧変換部が降圧型のDCDCコンバータであるが、昇圧型のDCDCコンバータであってもよいし、昇降圧型のDCDCコンバータであってもよい。また、上記各実施形態では、電圧変換部が非絶縁型のDCDCコンバータであるが、絶縁型のDCDCコンバータであってもよい。また、上記各実施形態では、電圧変換部が同期整流方式で電圧変換する構成としたが、非同期整流方式で電圧変換する構成としてもよい。つまり、電圧変換部は、第2スイッチング素子12に代えてダイオードを有する構成であってもよい。
In each of the above embodiments, the voltage conversion unit is a step-down DCDC converter, but it may be a step-up DCDC converter or a step-down DCDC converter. Further, in each of the above embodiments, the voltage conversion unit is a non-isolated DCDC converter, but an isolated DCDC converter may be used. Further, in each of the above embodiments, the voltage conversion unit is configured to perform voltage conversion by the synchronous rectification method, but may be configured to perform voltage conversion by the asynchronous rectification method. That is, the voltage conversion unit may have a configuration having a diode instead of the
上記各実施形態では、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。 In each of the above embodiments, the control unit is mainly composed of a microcomputer, but it may be realized by a plurality of hardware circuits other than the microcomputer.
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。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed here, but includes all modifications within the scope indicated by the claims or within the scope equivalent to the claims. Is intended.
1 :車載用電源装置
10 :電圧変換部
11 :第1スイッチング素子(スイッチング素子)
12 :第2スイッチング素子
14 :インダクタ
15 :コンデンサ
16 :コンデンサ
22 :電圧検出部
24 :電流検出部
30 :制御部
32 :演算部
34 :信号生成部
73 :基準導電路
81 :第1導電路
82 :第2導電路
83 :グラウンド
91 :第1蓄電部
92 :第2蓄電部
100 :車載用電源システム
Con :オン時間候補値
Ct :周期候補値
Dtg :デューティ目標値
Dtmp :仮デューティ
Hon :オン時間
Ron :オン時間分解能
Rt :周期分解能
T :周期
Tc :クロック周期
Ts :基準周期
Ttmp :仮周期
1: In-vehicle power supply device 10: Voltage conversion unit 11: First switching element (switching element)
12: Second switching element 14: Inductor 15: Capacitor 16: Capacitor 22: Voltage detection unit 24: Current detection unit 30: Control unit 32: Calculation unit 34: Signal generation unit 73: Reference conductive path 81: First conductive path 82 : 2nd conductive path 83: Ground 91: 1st power storage unit 92: 2nd power storage unit 100: In-vehicle power supply system Con: On-time candidate value Ct: Cycle candidate value Dtg: Duty target value Dtmp: Temporary duty Hon: On-time Ron: On-time resolution Rt: Periodic resolution T: Period Tc: Clock period Ts: Reference period Ttpp: Temporary period
Claims (3)
前記オンオフ信号の前記周期及び前記オン時間を決定する演算部と、
前記演算部で決定された前記周期及び前記オン時間で前記オンオフ信号を生成する信号生成部と、
を有し、
前記演算部は、出力電圧と目標電圧に基づくフィードバック演算によってデューティ目標値を算出し、前記デューティ目標値と基準周期とに基づいて前記オン時間を決定し、前記デューティ目標値と前記オン時間とに基づいて前記周期を決定する
車載用電源装置。 It has a switching element that operates on and off in response to an on / off signal with an on-time and period set, and boosts the voltage applied to the first conductive path by the on / off operation of the switching element in response to the on / off signal. Or a voltage converter that steps down and outputs to the second conductive path,
An arithmetic unit that determines the period and on-time of the on / off signal, and
A signal generation unit that generates the on / off signal in the cycle and the on time determined by the calculation unit, and
Have,
The calculation unit calculates a duty target value by a feedback calculation based on an output voltage and a target voltage, determines the on-time based on the duty target value and a reference period, and sets the duty target value and the on-time. An in-vehicle power supply device that determines the cycle based on the above.
請求項1又は請求項2に記載の車載用電源装置。 The calculation unit can select the on-time with a predetermined on-time resolution, and is a product obtained by multiplying the duty target value by the reference period from the selectable on-time candidate values. The vehicle-mounted power supply device according to claim 1 or 2, wherein a value close to is selected as the on-time.
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