JP4623065B2 - Voltage conversion apparatus and voltage conversion method - Google Patents
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Description
この発明は、直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置、直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換方法、および直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a voltage converter that converts a DC voltage from a DC power source into an output voltage, a voltage conversion method that converts a DC voltage into an output voltage, and a computer that controls voltage conversion that converts a DC voltage into an output voltage. The present invention relates to a computer-readable recording medium on which a program for recording is recorded.
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。 Recently, hybrid vehicles and electric vehicles have attracted a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. Some hybrid vehicles have been put into practical use.
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。 This hybrid vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source in addition to a conventional engine. In other words, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power source is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor is rotated by the converted AC voltage to obtain a power source. An electric vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source.
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給されるようにすることも検討されている(たとえば、特開2001−275367号公報など)。 In such a hybrid vehicle or an electric vehicle, it is also considered that a DC voltage from a DC power source is boosted by a boost converter so that the boosted DC voltage is supplied to an inverter that drives a motor (for example, JP, 2001-275367, A, etc.).
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、図15に示すモータ駆動装置を搭載している。図15を参照して、モータ駆動装置300は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、コンデンサC1,C2と、双方向コンバータ310と、電圧センサー320と、インバータ330とを備える。
That is, the hybrid vehicle or the electric vehicle is equipped with the motor drive device shown in FIG. Referring to FIG. 15,
直流電源Bは、直流電圧を出力する。システムリレーSR1,SR2は、制御装置(図示せず)によってオンされると、直流電源Bからの直流電圧をコンデンサC1に供給する。コンデンサC1は、直流電源BからシステムリレーSR1,SR2を介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を双方向コンバータ310へ供給する。
The DC power source B outputs a DC voltage. When system relays SR1 and SR2 are turned on by a control device (not shown), DC voltage from DC power supply B is supplied to capacitor C1. Capacitor C1 smoothes the DC voltage supplied from DC power supply B via system relays SR1 and SR2, and supplies the smoothed DC voltage to
双方向コンバータ310は、リアクトル311と、NPNトランジスタ312,313と、ダイオード314,315とを含む。リアクトル311の一方端は直流電源Bの電源ラインに接続され、他方端はNPNトランジスタ312とNPNトランジスタ313との中間点、すなわち、NPNトランジスタ312のエミッタとNPNトランジスタ313のコレクタとの間に接続される。NPNトランジスタ312,313は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタ312のコレクタは電源ラインに接続され、NPNトランジスタ313のエミッタはアースラインに接続される。また、各NPNトランジスタ312,313のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード314,315が接続されている。
双方向コンバータ310は、制御装置(図示せず)によってNPNトランジスタ312,313がオン/オフされ、コンデンサC1から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサC2に供給する。また、双方向コンバータ310は、モータ駆動装置300が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1によって発電され、インバータ330によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサC1へ供給する。
In
コンデンサC2は、双方向コンバータ310から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ330へ供給する。電圧センサー320は、コンデンサC2の両側の電圧、すなわち、双方向コンバータ310の出力電圧Vmを検出する。
Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage supplied from
インバータ330は、コンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置(図示せず)からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ330は、モータ駆動装置300が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置からの制御に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して双方向コンバータ310へ供給する。
When a DC voltage is supplied from the capacitor C2, the
モータ駆動装置300においては、直流電源Bから出力された直流電圧を昇圧して出力電圧Vmをインバータ330へ供給するとき、電圧センサー320が検出した出力電圧Vmが電圧指令Vdccomになるようにフィードバック制御される。
しかし、直流電源Bから双方向コンバータ310へ流れるリアクトル電流がリアクトル電流のリプル電流よりも小さい範囲では、双方向コンバータ310のNPNトランジスタ312,313の両方がオフされるデッドタイムの影響により、双方向コンバータ310の出力電圧Vmが急激に上下するという問題がある。
However, in the range where the reactor current flowing from the DC power source B to the
すなわち、図16を参照して、双方向コンバータ310が直流電圧を出力電圧Vmに昇圧するとき、制御装置(図示せず)は、双方向コンバータ310に信号PWUを出力する。信号PWUは、50%のデューティー比を有する。この場合、双方向コンバータ310のNPNトランジスタ312,313は、それぞれ、信号PWUU,PWUDをゲート端子に受ける。
That is, referring to FIG. 16, when
そうすると、領域DT1〜DT4は、信号PWUU,PWUDの両方がL(論理ロー)レベルになる領域であり、デッドタイムと呼ばれる。リアクトル電流が正であるとき、直流電流は、直流電源B、リアクトル311、および双方向コンバータ310の上アーム(NPNトランジスタ312)を介してインバータ330の正極母線に流れる。NPNトランジスタ312および313は、デッドタイムDT1の期間、オフされるが、直流電流がダイオード314を介して正極母線に流れるため、デッドタイムDT1の期間、NPNトランジスタ312は、実質的にオンされていることになる。デッドタイムDT2〜DT4についても同様である。
Then, regions DT1 to DT4 are regions in which both signals PWUU and PWUD are at L (logic low) level, and are called dead time. When the reactor current is positive, the direct current flows to the positive bus of the
その結果、NPNトランジスタ312の実質的なオンデューティーDT1は、信号PWUにおけるオンデューティーDTよりも長くなり、NPNトランジスタ312は、信号PWU1に従ってオン/オフされる。
As a result, the substantial on-duty DT1 of the
また、リアクトル電流が負であるとき、直流電流は、直流電源Bの負極、負極母線、双方向コンバータ310の下アーム(NPNトランジスタ313)、リアクトル311、正極母線および直流電源Bの方向へ流れる。そうすると、上述したように、NPNトランジスタ312,313は、デッドタイムDT1〜DT4を有するので、直流電流は、デッドタイムDT1〜DT4の期間、ダイオード315を流れる。
Further, when the reactor current is negative, the direct current flows in the direction of the negative and negative buses of the DC power supply B, the lower arm (NPN transistor 313) of the
その結果、NPNトランジスタ313のオンデューティーDT2は、信号PWUにおけるオンデューティーDTよりも長くなり、NPNトランジスタ313は、信号PWU2に従ってオン/オフされる。
As a result, the on-duty DT2 of the
さらに、リアクトル電流が零であるとき、NPNトランジスタ312,313のオン/オフに拘わらず、リアクトル電流は流れないので、デッドタイムDT1〜DT4の期間においてもリアクトル電流は流れない。その結果、NPNトランジスタ312,313の実質的なオンデューティーDT0は、信号PWUにおけるオンデューティーDTと同じであり、NPNトランジスタ312,313は、信号PWU0に従ってオン/オフされる。
Further, when the reactor current is zero, the reactor current does not flow regardless of whether the
リアクトル電流ILには、リプル電流Irが重畳されるため、零付近のリアクトル電流ILの時間変化は、たとえば、図17に示すようになる。図17を参照して、リアクトル電流ILは、タイミングt1〜タイミングt5の間、流れるものとする。そして、タイミングt1〜タイミングt2の間、およびタイミングt4〜タイミングt5の間、リアクトル電流ILは正であり、タイミングt2〜タイミングt3の間、リアクトル電流ILは零であり、タイミングt3〜タイミングt4の間、リアクトル電流ILは負である。 Since the ripple current Ir is superimposed on the reactor current IL, the time change of the reactor current IL near zero is, for example, as shown in FIG. Referring to FIG. 17, it is assumed that reactor current IL flows between timing t1 and timing t5. The reactor current IL is positive between timing t1 and timing t2, and between timing t4 and timing t5. The reactor current IL is zero between timing t2 and timing t3, and between timing t3 and timing t4. The reactor current IL is negative.
リプル電流Irのリアクトル電流ILへの影響は、リアクトル電流ILが零に近づいたときに顕著になり、上述したように、リアクトル電流ILが正または負の場合、NPNトランジスタ312またはNPNトランジスタ313の実質的なオンデューティーDT1またはDT2は、NPNトランジスタ312,313のデッドタイムDT1〜DT4の影響により長くなるので、デッドタイムDT1〜DT4の期間に流れるリプル電流による出力電圧Vmの変動が大きくなる。その結果、図18に示すように、双方向コンバータ310の出力電圧Vmは、タイミングt6〜タイミングt7の間、電圧指令Vdccomを中心として急激に上下する。
The influence of the ripple current Ir on the reactor current IL becomes significant when the reactor current IL approaches zero. As described above, when the reactor current IL is positive or negative, the
そうすると、双方向コンバータ310の出力電圧Vmを電圧指令Vdccomに保持できない。
Then, output voltage Vm of
このように、リアクトル電流が零に近づくと、NPNトランジスタのデッドタイムおよびリプル電流の影響により、直流電源からの直流電圧を昇圧した出力電圧が電圧指令を中心として急激に上下するという問題が生じる。 Thus, when the reactor current approaches zero, there arises a problem that the output voltage obtained by boosting the DC voltage from the DC power supply rapidly rises and falls around the voltage command due to the influence of the dead time and ripple current of the NPN transistor.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トランジスタのデッドタイムの影響を低減して直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a voltage conversion device that reduces the influence of the dead time of a transistor and converts a DC voltage into an output voltage. .
また、この発明の別の目的は、トランジスタのデッドタイムの影響を低減して直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a voltage conversion method for converting a DC voltage into an output voltage by reducing the influence of the dead time of the transistor.
さらに、この発明の別の目的は、トランジスタのデッドタイムの影響を低減して直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute control of voltage conversion for converting a DC voltage into an output voltage by reducing the influence of a transistor dead time. Is to provide.
この発明による電圧変換装置は、出力電圧が指令電圧になるように直流電源からの直流電圧を前記出力電圧に変換する電圧変換装置であって、電圧変換器と、検出手段と、制御手段とを備える。電圧変換器は、スイッチング素子を含み、直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する。検出手段は、直流電源から電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する。制御手段は、検出手段により検出されたリアクトル電流の絶対値をリアクトル電流の極大値と極小値との差である、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較し、その比較結果に応じて、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を変更して電圧変換器を制御する。 A voltage converter according to the present invention is a voltage converter that converts a DC voltage from a DC power source into the output voltage so that the output voltage becomes a command voltage. The voltage converter includes a voltage converter, a detection unit, and a control unit. Prepare. The voltage converter includes a switching element and outputs an output voltage by changing the voltage level of the DC voltage. The detecting means detects a reactor current flowing from the DC power source to the voltage converter. The control means compares the absolute value of the reactor current detected by the detection means with the peak-to-peak value of the ripple current, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the reactor current, and according to the comparison result, The voltage converter is controlled by changing a carrier frequency for turning on / off a switching element included in the voltage converter.
好ましくは、制御手段は、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下であるとき、キャリア周波数を低下して前記電圧変換器を制御する。 Preferably, when the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the control means reduces the carrier frequency and controls the voltage converter.
好ましくは、制御手段は、さらに、スイッチング素子のデューティー比を一定に保持して電圧変換器を制御する。 Preferably, the control means further controls the voltage converter while keeping the duty ratio of the switching element constant.
好ましくは、制御手段は、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値よりも大きいとき、キャリア周波数を最適キャリア周波数に設定して電圧変換器を制御する。 Preferably, when the absolute value of the reactor current is larger than the peak-to-peak value of the ripple current, the control means sets the carrier frequency to the optimum carrier frequency and controls the voltage converter.
好ましくは、電圧変換装置は、第1および第2の電圧センサーをさらに備える。第1の電圧センサーは、直流電源からの直流電圧を検出する。第2の電圧センサーは、電圧変換器の出力電圧を検出する。そして、制御手段は、検出された直流電圧および出力電圧を用いてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算し、リアクトル電流の絶対値を演算したリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較する。 Preferably, the voltage conversion device further includes first and second voltage sensors. The first voltage sensor detects a DC voltage from a DC power source. The second voltage sensor detects the output voltage of the voltage converter. Then, the control means calculates the peak-to-peak value of the ripple current using the detected DC voltage and output voltage, and compares it with the peak-to-peak value of the ripple current calculated as the absolute value of the reactor current. .
好ましくは、電圧変換器は、上アームおよび下アーム用の2つのスイッチング素子を含む。制御手段は、検出された直流電圧、出力電圧、上アーム用のスイッチング素子のオン時間、下アーム用のスイッチング素子のオン時間、および2つのスイッチング素子のオン/オフを制御する信号のキャリア周期に基づいてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算する。 Preferably, the voltage converter includes two switching elements for the upper arm and the lower arm. The control means adjusts the detected DC voltage, output voltage, on-time of the switching element for the upper arm, on-time of the switching element for the lower arm, and the carrier period of the signal that controls the on / off of the two switching elements. Based on this, the peak-to-peak value of the ripple current is calculated.
また、この発明によれば、出力電圧が指令電圧になるように直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、直流電源から電圧変換を行う電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する第1のステップと、検出されたリアクトル電流の絶対値をリアクトル電流の極大値と極小値との差である、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較する第2のステップと、比較結果に応じて、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を変更して電圧変換器を制御する第3のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。 In addition, according to the present invention, a computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute voltage conversion control for converting a DC voltage from a DC power source into an output voltage so that the output voltage becomes a command voltage Is a ripple current that is a difference between a first step of detecting a reactor current flowing from a DC power source to a voltage converter that performs voltage conversion, and a detected reactor current absolute value and a maximum value and a minimum value of the reactor current. A second step of comparing with a peak-to-peak value of the first and a third step of controlling the voltage converter by changing a carrier frequency for turning on / off a switching element included in the voltage converter according to the comparison result A computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute steps.
好ましくは、第3のステップは、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下であるとき、キャリア周波数を低下して前記電圧変換器を制御する。 Preferably, in the third step, when the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the carrier voltage is lowered to control the voltage converter.
好ましくは、第3のステップは、さらに、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値よりも大きいとき、キャリア周波数を最適キャリア周波数に設定して電圧変換器を制御する。 Preferably, the third step further controls the voltage converter by setting the carrier frequency to the optimum carrier frequency when the absolute value of the reactor current is larger than the peak-to-peak value of the ripple current.
好ましくは、プログラムは、直流電源からの直流電圧と出力電圧とを検出する第4のステップと、検出された直流電圧および出力電圧を用いてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算する第5のステップとをさらにコンピュータに実行させる。 Preferably, the program executes a fourth step of detecting a DC voltage and an output voltage from the DC power supply, and a fifth step of calculating a peak-to-peak value of the ripple current using the detected DC voltage and output voltage. These steps are further executed by the computer.
さらに、この発明によれば、電圧変換方法は、出力電圧が指令電圧になるように直流電源からの直流電圧を前記出力電圧に変換する電圧変換方法であって、直流電源から電圧変換を行う電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する第1のステップと、検出されたリアクトル電流の絶対値をリアクトル電流の極大値と極小値との差である、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較する第2のステップと、比較結果に応じて、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を変更して電圧変換器を制御する第3のステップとを含む。 Furthermore, according to the present invention, the voltage conversion method is a voltage conversion method for converting a DC voltage from a DC power source into the output voltage so that the output voltage becomes a command voltage, and the voltage conversion method performs voltage conversion from the DC power source. The first step of detecting the reactor current flowing to the converter and comparing the absolute value of the detected reactor current with the peak-to-peak value of the ripple current, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the reactor current A second step includes a third step of controlling the voltage converter by changing a carrier frequency for turning on / off a switching element included in the voltage converter according to the comparison result.
好ましくは、第3のステップは、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下であるとき、キャリア周波数を低下して電圧変換器を制御する。 Preferably, in the third step, when the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the carrier frequency is lowered to control the voltage converter.
好ましくは、第3のステップは、さらに、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値よりも大きいとき、キャリア周波数を最適キャリア周波数に設定して前記電圧変換器を制御する。 Preferably, in the third step, when the absolute value of the reactor current is larger than the peak-to-peak value of the ripple current, the voltage converter is controlled by setting the carrier frequency to the optimum carrier frequency.
好ましくは、電圧変換方法は、直流電源からの直流電圧と出力電圧とを検出する第4のステップと、検出された直流電圧および出力電圧を用いてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算する第5のステップとをさらに含む。 Preferably, in the voltage conversion method, a fourth step of detecting a DC voltage and an output voltage from the DC power supply, and a peak-to-peak value of the ripple current is calculated using the detected DC voltage and output voltage. A fifth step.
この発明においては、直流電源から電圧変換器へ流れるリアクトル電流の絶対値がリアクトル電流のリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較され、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下であるとき、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数が低下され、その低下されたキャリア周波数によりスイッチング素子がオン/オフされる。 In this invention, the absolute value of the reactor current flowing from the DC power supply to the voltage converter is compared with the peak-to-peak value of the ripple current of the reactor current, and the absolute value of the reactor current is the peak-to-peak value of the ripple current. When the following is true, the carrier frequency for turning on / off the switching element included in the voltage converter is lowered, and the switching element is turned on / off by the lowered carrier frequency.
したがって、この発明によれば、スイッチング素子のデッドタイムによる影響を低減できる。 Therefore, according to this invention, the influence by the dead time of a switching element can be reduced.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1を参照して、この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置100は、直流電源Bと、電圧センサー10,13と、電流センサー11,24と、システムリレーSR1,SR2と、コンデンサC1,C2と、昇圧コンバータ12と、インバータ14と、制御装置30とを備える。
Referring to FIG. 1,
交流モータM1は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。 AC motor M1 is a drive motor for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Alternatively, this motor has the function of a generator driven by an engine, and operates as an electric motor for the engine, for example, can be incorporated into a hybrid vehicle so that the engine can be started. Also good.
昇圧コンバータ12は、リアクトルL1と、NPNトランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端は直流電源Bの電源ラインに接続され、他方端はNPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ2との中間点、すなわち、NPNトランジスタQ1のエミッタとNPNトランジスタQ2のコレクタとの間に接続される。NPNトランジスタQ1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタQ1のコレクタは電源ラインに接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタはアースラインに接続される。また、各NPNトランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1,D2が接続されている。
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とから成る。U相アーム15、V相アーム16、およびW相アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
U相アーム15は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4から成り、V相アーム16は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6から成り、W相アーム17は、直列接続されたNPNトランジスタQ7,Q8から成る。また、各NPNトランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
The
各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。 An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M1. In other words, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to the middle point, and the other end of the U-phase coil is NPN transistor Q3. The other end of the V-phase coil is connected to the intermediate point of NPN transistors Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil is connected to the intermediate point of NPN transistors Q7 and Q8, respectively.
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー10は、直流電源Bから出力される直流電圧Vbを検出し、その検出した直流電圧Vbを制御装置30へ出力する。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。より具体的には、システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からのH(論理ハイ)レベルの信号SEによりオンされ、制御装置30からのLレベルの信号SEによりオフされる。
The DC power source B is composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion.
コンデンサC1は、直流電源Bから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ12へ供給する。電流センサー11は、昇圧コンバータ12のリアクトルL1に流れるリアクトル電流ILを検出し、その検出したリアクトル電流ILを制御装置30へ出力する。
Capacitor C1 smoothes the DC voltage supplied from DC power supply B, and supplies the smoothed DC voltage to boost
昇圧コンバータ12は、コンデンサC1から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWUを受けると、信号PWUによってNPNトランジスタQ2がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサC2に供給する。
また、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWDを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14から供給された直流電圧を降圧して直流電源Bを充電する。ただし、昇圧コンバータ12を昇圧機能のみを行なうような回路構成に適用してもよいことは言うまでもない。
When
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサー13は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ12の出力電圧Vm(インバータ14への入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した出力電圧Vmを制御装置30へ出力する。
Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage from
インバータ14は、コンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置30からの信号PWMIに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TRによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ14は、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置30からの信号PWMCに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
When the DC voltage is supplied from the capacitor C2, the
電流センサー24は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流MCRTを制御装置30へ出力する。
制御装置30は、外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から入力されたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRN、電圧センサー10からの直流電圧Vb、電圧センサー13からの出力電圧Vm、および電流センサー24からのモータ電流MCRTに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ12を駆動するための信号PWUとインバータ14を駆動するための信号PWMIとを生成し、その生成した信号PWUおよび信号PWMIをそれぞれ昇圧コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
The
信号PWUは、昇圧コンバータ12がコンデンサC1からの直流電圧を出力電圧Vmに変換する場合に昇圧コンバータ12を駆動するための信号である。そして、制御装置30は、昇圧コンバータ12が直流電圧Vbを出力電圧Vmに変換する場合に、出力電圧Vmをフィードバック制御し、出力電圧Vmが指令された電圧指令Vdccomになるように昇圧コンバータ12を駆動するための信号PWUを生成する。信号PWUの生成方法については後述する。
The signal PWU is a signal for driving the
また、制御装置30は、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするためのキャリア周波数の調整を行なう。キャリア周波数の調整方法については、後述する。
さらに、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、交流モータM1で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMCを生成してインバータ14へ出力する。この場合、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8は信号PWMCによってスイッチング制御される。これにより、インバータ14は、交流モータM1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ12へ供給する。
Further, when
さらに、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成し、その生成した信号PWDを昇圧コンバータ12へ出力する。これにより、交流モータM1が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
Further, when receiving a signal indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, the
さらに、制御装置30は、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
Furthermore,
図2は、制御装置30の機能ブロック図である。図2を参照して、制御装置30は、モータトルク制御手段301と、電圧変換制御手段302とを含む。モータトルク制御手段301は、トルク指令値TR(車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている)、直流電源Bから出力された直流電圧Vb、モータ電流MCRT、モータ回転数MRNおよび昇圧コンバータ12の出力電圧Vmに基づいて、交流モータM1の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUと、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフするための信号PWMIとを生成し、その生成した信号PWUおよび信号PWMIをそれぞれ昇圧コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
また、モータトルク制御手段301は、直流電圧Vb、出力電圧Vmを用いて後述する方法によりリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算する。そして、モータトルク制御手段301は、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも小さいか否かを判定する。モータトルク制御手段301は、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいとき、NPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフする信号PWUのキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptに設定し、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir以下のとき(ただし、IL=0を除く)、後述する方法によって、信号PWUのキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定する。
Further, the motor torque control means 301 calculates the peak-to-peak value Ir of the ripple current using the DC voltage Vb and the output voltage Vm by a method described later. Then, the motor torque control means 301 determines whether or not the absolute value of the reactor current IL received from the
電圧変換制御手段302は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部のECUから受けると、交流モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMCを生成してインバータ14へ出力する。
When the signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode is received from an external ECU during regenerative braking, the voltage conversion control means 302 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage. Signal PWMC is generated and output to
また、電圧変換制御手段302は、回生制動時、信号RGEを外部のECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。このように、昇圧コンバータ12は、直流電圧を降圧するための信号PWDにより直流電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
Further, when regenerative braking, voltage conversion control means 302 receives signal RGE from an external ECU, generates signal PWD for stepping down the DC voltage supplied from
図3は、モータトルク制御手段301の機能ブロック図である。図3を参照して、モータトルク制御手段301は、モータ制御用相電圧演算部40と、インバータ用PWM信号変換部42と、インバータ入力電圧指令演算部50と、フィードバック電圧指令演算部52と、デューティー比変換部54と、周波数調整部56とを含む。
FIG. 3 is a functional block diagram of the motor torque control means 301. Referring to FIG. 3, motor torque control means 301 includes motor control phase
モータ制御用相電圧演算部40は、昇圧コンバータ12の出力電圧Vm、すなわち、インバータ14への入力電圧を電圧センサー13から受け、交流モータM1の各相に流れるモータ電流MCRTを電流センサー24から受け、トルク指令値TRを外部ECUから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部40は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータM1の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用PWM信号変換部42へ供給する。
Motor control phase
インバータ用PWM信号変換部42は、モータ制御用相電圧演算部40から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ14の各NPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフする信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14の各NPNトランジスタQ3〜Q8へ出力する。
Based on the calculation result received from the motor control phase
これにより、各NPNトランジスタQ3〜Q8は、スイッチング制御され、交流モータM1が指令されたトルクを出すように交流モータM1の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値TRに応じたモータトルクが出力される。 Thereby, each NPN transistor Q3-Q8 is switching-controlled, and controls the electric current sent through each phase of AC motor M1 so that AC motor M1 may output the commanded torque. In this way, the motor drive current is controlled, and a motor torque corresponding to the torque command value TR is output.
一方、インバータ入力電圧指令演算部50は、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいてインバータ入力電圧の最適値(目標値)、すなわち、電圧指令Vdccomを演算し、その演算した電圧指令Vdccomをフィードバック電圧指令演算部52へ出力する。
On the other hand, inverter input voltage
フィードバック電圧指令演算部52は、電圧センサー13からの昇圧コンバータ12の出力電圧Vmと、インバータ入力電圧指令演算部50からの電圧指令Vdccomとに基づいて、フィードバック電圧指令Vdccom_fbを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Vdccom_fbをデューティー比変換部54へ出力する。
Feedback voltage
デューティー比変換部54は、電圧センサー10からのバッテリ電圧Vbと、電圧センサー13からの出力電圧Vmと、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令Vdccom_fbとに基づいて、電圧センサー13からの出力電圧Vmを、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令Vdccom_fbに設定するためのデューティー比DRを演算し、その演算したデューティー比DRを周波数調整部56へ出力する。そして、デューティー比変換部54は、演算したデューティー比DRと、周波数調整部56からのキャリア周波数fcとに基づいて昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUを生成し、その生成した信号PWUを昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2へ出力する。
The duty
なお、昇圧コンバータ12の下側のNPNトランジスタQ2のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルL1における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のNPNトランジスタQ1のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、NPNトランジスタQ1,Q2のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Bの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
Note that increasing the on-duty of the NPN transistor Q2 on the lower side of the
周波数調整部56は、電圧センサー10からの直流電圧Vbおよび電圧センサー13からの出力電圧Vmとを用いて、後述する方法によってリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算し、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILを、演算したリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irと比較する。そして、周波数調整部56は、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいとき、キャリア周波数fcを各リアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptに設定し、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir以下であるとき、キャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定する。
The
図4および図5を参照して、最適キャリア周波数fcoptについて説明する。図4は、リアクトルL1に流れるリアクトル電流ILごとのキャリア周波数fcとリアクトルL1の損失との関係(実線)およびリアクトル電流ILごとのキャリア周波数fcとNPNトランジスタQ1,Q2の損失(スイッチング損失)との関係(破線)を示す。 The optimum carrier frequency fcopt will be described with reference to FIG. 4 and FIG. FIG. 4 shows the relationship (solid line) between the carrier frequency fc for each reactor current IL flowing through the reactor L1 and the loss of the reactor L1, and the carrier frequency fc for each reactor current IL and the losses (switching loss) of the NPN transistors Q1 and Q2. The relationship (broken line) is shown.
図4の実線に示すように、リアクトルL1の損失は、リアクトル電流ILが大きいほど、またはキャリア周波数fcが低いほど、増加する。一方、図4の破線に示すように、NPNトランジスタQ1,Q2の損失は、リアクトル電流ILが大きいほど、またはキャリア周波数fcが高いほど、増加する。 As shown by the solid line in FIG. 4, the loss of the reactor L1 increases as the reactor current IL increases or the carrier frequency fc decreases. On the other hand, as indicated by the broken line in FIG. 4, the loss of the NPN transistors Q1 and Q2 increases as the reactor current IL increases or the carrier frequency fc increases.
昇圧コンバータ12の損失をリアクトルL1の損失とNPNトランジスタQ1,Q2の損失との合計と考えると、リアクトル電流ILごとの昇圧コンバータ12の損失特性は、図5の破線で示す特性になる。したがって、昇圧コンバータ12の損失を最小にする最適キャリア周波数fcoptは、リアクトル電流ILごとに存在する。そして、各リアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptを設定することにより、昇圧コンバータ12を効率良く駆動できる。
Considering the loss of
図5の実線は、リアクトル電流ILと最適キャリア周波数fcoptとの関係を示すマップを表す。したがって、周波数調整部56は、リアクトル電流ILと最適キャリア周波数fcoptとの関係を示すマップを保持しており、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいとき、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptをマップを参照して決定する。そして、周波数調整部56は、決定した最適キャリア周波数fcoptをデューティー比変換部54へ出力する。
The solid line in FIG. 5 represents a map showing the relationship between the reactor current IL and the optimum carrier frequency fcopt. Therefore, the
リアクトル電流ILが零に近づき、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir以下になると、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響により、昇圧コンバータ12の出力電圧Vmが電圧指令Vdcccomを中心にして上下に変動する。このNPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を低減するために、周波数調整部56は、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir以下のとき、キャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに変更する。この場合、デューティー比DRは、一定に保持される。
When reactor current IL approaches zero and the absolute value of reactor current IL becomes equal to or less than the peak-to-peak value Ir of ripple current, output voltage Vm of
デューティー比DRを保持したまま周波数を低くすることは、周期を長くすることに相当するため、NPNトランジスタQ1,Q2のオンデューティーも長くなる。そうすると、NPNトランジスタQ1,Q2のオンデューティーに対するデッドタイムの割合が低下し、デッドタイムの影響が低減する。 Lowering the frequency while maintaining the duty ratio DR is equivalent to increasing the period, so the on-duty of the NPN transistors Q1 and Q2 is also increased. As a result, the ratio of the dead time to the on-duty of the NPN transistors Q1 and Q2 is reduced, and the influence of the dead time is reduced.
すなわち、図6を参照して、NPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数fcが最適キャリア周波数fcoptに設定されているとき、昇圧コンバータ12は、信号PWUopを受け、NPNトランジスタQ1,Q2は、それぞれ、信号PWUUop,PWUDopによってオン/オフされるとする。この場合、NPNトランジスタQ1,Q2のオンデューティーは、TLOpであり、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムは、TLdである。
That is, referring to FIG. 6, when carrier frequency fc of
そして、キャリア周波数fcが最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに変更されたとき、昇圧コンバータ12は、信号PWUdを受け、NPNトランジスタQ1,Q2は、それぞれ、信号PWUUd,PWUDdによってオン/オフされる。
When carrier frequency fc is changed to carrier frequency fcdec lower than optimum carrier frequency fcop, boost
信号PWUdの周期T2は、信号PWUopの周期T1よりも長い。その結果、NPNトランジスタQ1,Q2のオンデューティーTLOdは、周期T2が周期T1に対して長くなった分だけ、長くなる。 The period T2 of the signal PWUd is longer than the period T1 of the signal PWUop. As a result, the on-duty TLOd of the NPN transistors Q1 and Q2 becomes longer as the cycle T2 becomes longer than the cycle T1.
そうすると、オンデューティーTLOdに対するデッドタイムTLdの比TLd/TLOdは、オンデューティーTLOpに対するデッドタイムTLdの比TLd/TLOpよりも小さくなる。つまり、キャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptからキャリア周波数fcdecに低くすることにより、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を小さくできる。 Then, the ratio TLd / TLOD of the dead time TLd to the on-duty TLOd is smaller than the ratio TLd / TLOP of the dead time TLd to the on-duty TLOp. That is, by reducing the carrier frequency fc from the optimum carrier frequency fcopt to the carrier frequency fcdec, the influence of the dead time of the NPN transistors Q1 and Q2 can be reduced.
次に、キャリア周波数fcdecの決定方法について説明する。昇圧コンバータ12の出力電圧Vmのデッドタイムによる電圧変動幅ρは、次式により表される。
Next, a method for determining the carrier frequency fcdec will be described. Voltage fluctuation width ρ due to dead time of output voltage Vm of
ただし、Dは、NPNトランジスタQ1,Q2のオンデューティーであり、Tdは、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムであり、Kは、定数である。定数であるKは、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の各モードによって異なる値を有する。たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車が、力行モードにあるとき、K=−1であり、回生モードにあるとき、K=1であり、リアクトル電流ILが零であるとき、K=0である。
However, D is the on-duty of the NPN transistors Q1 and Q2, Td is the dead time of the NPN transistors Q1 and Q2, and K is a constant. The constant K has a different value depending on each mode of the hybrid vehicle or the electric vehicle on which the
そして、式(1)よりキャリア周波数fcを求めると、次式のようになる。 Then, when the carrier frequency fc is obtained from the equation (1), the following equation is obtained.
式(2)は、NPNトランジスタQ1,Q2にデッドタイムが発生しても、そのデッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数の最大周波数fcmaxを示す。したがって、オンデューティーD、デッドタイムTd、定数Kおよび電圧変動幅ρを式(2)に代入することにより、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数の最大周波数fcmaxを計算可能である。 Equation (2) represents the maximum frequency fcmax of the carrier frequency that can eliminate the influence of the dead time even if the dead time occurs in the NPN transistors Q1 and Q2. Therefore, by substituting the on-duty D, the dead time Td, the constant K, and the voltage fluctuation width ρ into the equation (2), the maximum frequency fcmax of the carrier frequency that can eliminate the influence of the dead time can be calculated.
たとえば、定数K=1、デッドタイムTd=5μsec、オンデューティーD=0.4および電圧変動率ρ=0.4を式(2)に代入すると、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数fcの最大周波数fcmaxは、15238Hzになる。したがって、キャリア周波数を15kHz以下に設定すれば、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を低減できる。 For example, by substituting constant K = 1, dead time Td = 5 μsec, on-duty D = 0.4, and voltage fluctuation rate ρ = 0.4 into equation (2), carrier frequency fc that can eliminate the influence of dead time The maximum frequency fcmax is 15238 Hz. Therefore, if the carrier frequency is set to 15 kHz or less, the influence of the dead time of NPN transistors Q1 and Q2 can be reduced.
図7は、各電圧変動幅ρに対して、式(2)を用いて計算したキャリア周波数fcの最大周波数fcmaxと、オンデューティーDとの関係を示す。図7においては、横軸は、オンデューティーDを表し、縦軸は、キャリア周波数fcの最大周波数fcmaxを表す。なお、図7においては、定数Kは「1」に固定され、デッドタイムTdは、5μsecに固定された。 FIG. 7 shows the relationship between the on-duty D and the maximum frequency fcmax of the carrier frequency fc calculated using Equation (2) for each voltage fluctuation width ρ. In FIG. 7, the horizontal axis represents the on-duty D, and the vertical axis represents the maximum frequency fcmax of the carrier frequency fc. In FIG. 7, the constant K is fixed to “1”, and the dead time Td is fixed to 5 μsec.
図7を参照して、曲線k1は、電圧変動幅ρが0.6の場合を示し、曲線k2は、電圧変動幅ρが0.4の場合を示し、曲線k3は、電圧変動幅ρが0.2の場合を示す。 Referring to FIG. 7, curve k1 shows the case where voltage fluctuation width ρ is 0.6, curve k2 shows the case where voltage fluctuation width ρ is 0.4, and curve k3 shows voltage fluctuation width ρ. The case of 0.2 is shown.
オンデューティーDが増加するに伴い、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数fcの最大周波数fcmaxは増加する。また、同じオンデューティーにおいては、電圧変動幅ρが大きいほど、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数fcの最大周波数fcmaxは増加する。電圧変動幅ρは、電圧指令Vdccomに対する出力電圧Vmの誤差を示すので、出力電圧Vmが電圧指令Vdccomから大きくずれてもよい場合には、キャリア周波数fcを高く設定しても、デッドタイムの影響を除去できる。なお、上述した計算例は、曲線k2上の点Aを示す。 As the on-duty D increases, the maximum frequency fcmax of the carrier frequency fc that can eliminate the influence of the dead time increases. Further, at the same on-duty, the maximum frequency fcmax of the carrier frequency fc that can eliminate the influence of the dead time increases as the voltage fluctuation width ρ increases. The voltage fluctuation width ρ indicates an error of the output voltage Vm with respect to the voltage command Vdccom. Therefore, when the output voltage Vm may deviate greatly from the voltage command Vdccom, the influence of the dead time is set even if the carrier frequency fc is set high. Can be removed. In addition, the calculation example mentioned above shows the point A on the curve k2.
式(2)は、デッドタイムの影響を除去可能な最大のキャリア周波数を示すが、式(2)によって示されるキャリア周波数よりも低いキャリア周波数であれば、どのようなキャリア周波数を選択してもよいわけではなく、選択すべきキャリア周波数には、下限値が存在する。 Equation (2) shows the maximum carrier frequency that can eliminate the influence of dead time, but any carrier frequency can be selected as long as the carrier frequency is lower than the carrier frequency shown by Equation (2). There is no lower limit for the carrier frequency to be selected.
キャリア周波数を低下し続けると、昇圧コンバータ12の下アームを構成するNPNトランジスタQ2のオンデューティーが十分長くなる。そうすると、NPNトランジスタQ2がオンされている期間に、過電流が、直流電源B、正極母線、リアクトルL1、NPNトランジスタQ2、および負極母線からなる閉回路に流れ、NPNトランジスタQ2が破損する。したがって、キャリア周波数fcの下限値fcminは、NPNトランジスタQ2に流れる電流がNPNトランジスタQ2に許容された最大電流値を超えないように設定される。
If the carrier frequency is continuously lowered, the on-duty of the NPN transistor Q2 constituting the lower arm of the
したがって、周波数調整部56は、上述したキャリア周波数の最大周波数fcmaxと最小周波数fcminとの範囲を各オンデューティーDに対して保持しており、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir値以下であると判定したとき、そのとき設定されているオンデューティーに対応するキャリア周波数の範囲fcmin〜fcmaxからキャリア周波数fcdecを選択してデューティー比変換部54へ出力する。
Therefore, the
次に、リアクトル電流ILのリプル電流Irを求める方法について説明する。
図8を参照して、リアクトル電流ILは、リプル電流Irが重畳されると周期的に上下に変化する。リアクトル電流ILの極大値をIn(K−1),In(K),In(K+1),・・・とし、リアクトル電流ILの極小値をIp(K−1),Ip(K),Ip(K+1),・・・とする。そして、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1がオンされる時間をTpとし、NPNトランジスタQ2がオンされる時間をTnとする。なお、時間Tpと時間Tnとの和が、信号PWUの1周期に相当する。
Next, a method for obtaining the ripple current Ir of the reactor current IL will be described.
Referring to FIG. 8, reactor current IL periodically changes up and down when ripple current Ir is superimposed. The maximum values of the reactor current IL are In (K-1), In (K), In (K + 1),..., And the minimum values of the reactor current IL are Ip (K-1), Ip (K), Ip ( K + 1),. The time when the NPN transistor Q1 of the
そうすると、電流In(K),Ip(K)およびコンデンサC2の両端の電圧Vc(K)は、次式のようになる。 Then, the currents In (K) and Ip (K) and the voltage Vc (K) across the capacitor C2 are expressed by the following equations.
式(3)において、Rは、直流電源Bから昇圧コンバータ12までの回路の抵抗を表わし、Lは、リアクトルL1のインダクタンスを表わし、Cは、コンデンサC2の容量を表わす。
In Expression (3), R represents the resistance of the circuit from the DC power supply B to the
式(3)において、K→∞とし、In(K)=In(K+1)、Ip(K)=Ip(K+1)およびVc(K)=Vc(K+1)=Vmと考えると、式(3)を用いてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irは、次式により表わされる。 In Equation (3), when K → ∞ and In (K) = In (K + 1), Ip (K) = Ip (K + 1) and Vc (K) = Vc (K + 1) = Vm, Equation (3) The peak-to-peak value Ir of the ripple current is expressed by the following equation.
したがって、直流電源Bから昇圧コンバータ12までの回路の抵抗R、直流電源Bから出力される直流電圧Vb、コンデンサC2の容量C、リアクトルL1のインダクタンスL、コンデンサC2の両端の出力電圧Vmおよび時間Tp,Tnを式(4)に代入すれば、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを求めることができる。
Therefore, the resistance R of the circuit from the DC power supply B to the
これらの各値のうち、抵抗R、容量CおよびインダクタンスLは、配線、コンデンサC2およびリアクトルL1に対して固定値であるので、既知であり、直流電圧Vbは電圧センサー10によって検出され、出力電圧Vmは電圧センサー13によって検出される。また、時間Tp,Tnは、信号PWUのキャリア周波数fc(すなわち、キャリア周期)およびデューティー比DRから求めることができる。
Among these values, the resistance R, the capacitance C, and the inductance L are known values because they are fixed values for the wiring, the capacitor C2, and the reactor L1, and the DC voltage Vb is detected by the
したがって、周波数調整部56は、電流センサー11からのリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptとデューティー比変換部54からのデューティー比DRとに基づいて時間Tp,Tnを演算する。そして、周波数調整部56は、直流電源Bから昇圧コンバータ12までの回路の抵抗R、コンデンサC2の容量CおよびリアクトルL1のインダクタンスLを保持しており、その保持した抵抗R、容量CおよびインダクタンスLと、演算した時間Tp,Tnと、電圧センサー10の直流電圧Vbと、電圧センサー13からの出力電圧Vmとを式(4)に代入してリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算する。
Therefore, the
これにより、リアクトル電流ILの比較対象であるリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir求めることができる。 As a result, the peak-to-peak value Ir of the ripple current that is the comparison target of the reactor current IL can be obtained.
上述したように、周波数調整部56は、直流電源Bから昇圧コンバータ12までの回路の抵抗R、直流電源Bから出力される直流電圧Vb、コンデンサC2の容量C、リアクトルL1のインダクタンスL、コンデンサC2の両端の出力電圧Vmおよび時間Tp,Tnに基づいてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算する。そして、周波数調整部56は、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいか否かを判定し、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいとき、NPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数を最適キャリア周波数fcoptに設定し、リアクトル電流ILの絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Ir以下であるとき、NPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数を最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdec(fcmin〜fcmax)に設定する。
As described above, the
すなわち、図9および図10に示すように、リアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きい場合(IL>Ir)、またはリアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値−Irよりも小さい場合、周波数調整部56は、電流センサー11によって検出されたリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptをNPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数fcとして設定する。また、図11に示すように、リアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲にあるとき(ただし、IL=0を除く)、周波数調整部56は、NPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdec(fcmin〜fcmax)に設定する。
That is, as shown in FIGS. 9 and 10, when the reactor current IL is larger than the peak-to-peak value Ir of the ripple current (IL> Ir), or the reactor current IL is the peak-to-peak value of the ripple current. When smaller than −Ir, the
図12を参照して、周波数調整部56におけるキャリア周波数の調整動作について説明する。キャリア周波数を調整する動作が開始されると、周波数調整部56は、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptを図5の実線に示すマップを参照して決定する。そして、周波数調整部56は、決定した最適キャリア周波数fcoptをデューティー比変換部54へ出力する(ステップS10)。
With reference to FIG. 12, the operation of adjusting the carrier frequency in the
そうすると、デューティー比変換部54は、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令Vdccom_fbと、電圧センサー10からの直流電圧Vbと、電圧センサー13からの出力電圧Vmとに基づいて、出力電圧Vmをフィードバック電圧指令Vdccom_fbに設定するためのデューティー比DRを演算し、その演算したデューティー比DRを周波数調整部56へ出力する。そして、デューティー比変換部54は、演算したデューティー比DRと、周波数調整部56からの最適キャリア周波数fcoptとに基づいて信号PWUを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Then, the duty
これにより、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2は、各リアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptを有する信号PWUによってスイッチング制御され、出力電圧Vmを電圧指令Vdccomに設定して直流電圧Vbを出力電圧Vmに変換する。
As a result, NPN transistors Q1 and Q2 of
その後、周波数調整部56は、ステップS10においてデューティー比変換部54へ出力した最適キャリア周波数fcoptと、デューティー比変換部54からのデューティー比DRとに基づいて時間Tp,Tnを演算する。また、周波数調整部56は、抵抗R、容量C、インダクタンスL、演算した時間Tp,Tn、電圧センサー10からの直流電圧Vbおよび電圧センサー13からの出力電圧Vmを式(4)に代入してリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算する。
Thereafter, the
そして、周波数調整部56は、リアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいか否か、またはリアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値−Irよりも小さいか否かを判定する(ステップS11)。周波数調整部56は、ステップS11において、リアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irよりも大きいと判定したとき、またはリアクトル電流ILがリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値−Irよりも小さいと判定したとき、ステップS10およびS11が繰り返し実行される。
Then, the
一方、ステップS11において、リアクトル電流ILが、−Ir〜Irの範囲に含まれる(ただし、IL=0を除く)と判定されたとき、周波数調整部56は、上述した方法によって、最適キャリア周波数fcoptよりも周波数が低く、かつ、fcmin〜fcmaxの範囲に含まれるキャリア周波数fcdecを選択してデューティー比変換部54へ出力する(ステップS12)。
On the other hand, when it is determined in step S11 that the reactor current IL is included in the range of −Ir to Ir (excluding IL = 0), the
そうすると、デューティー比変換部54は、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令Vdccom_fbと、電圧センサー10からの直流電圧Vbと、電圧センサー13からの出力電圧Vmとに基づいて、出力電圧Vmをフィードバック電圧指令Vdccom_fbに設定するためのデューティー比DRを演算し、その演算したデューティー比DRを周波数調整部56へ出力する。そして、デューティー比変換部54は、演算したデューティー比DRと、周波数調整部56からのキャリア周波数fcdecとに基づいて信号PWUdを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Then, the duty
これにより、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2は、最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecを有する信号PWUdによってスイッチング制御され、昇圧コンバータ12は、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を低減して直流電圧Vbを出力電圧Vmに変換する。これにより、キャリア周波数を調整する動作が終了する。
Thereby, NPN transistors Q1 and Q2 of
図12に示すキャリア周波数を調整するルーチンは、所定時間ごと、たとえば、20μsecごとに繰り返し実行される。 The routine for adjusting the carrier frequency shown in FIG. 12 is repeatedly executed every predetermined time, for example, every 20 μsec.
このように、この発明においては、一定時間ごとに、リアクトル電流ILが−Ir〜Irの範囲に含まれる(ただし、IL=0を除く)か否かを判定し、リアクトル電流ILが−Ir〜Irの範囲に含まれるとき、NPNトランジスタQ1,Q2のキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdec(:fcmin〜fcmax)に設定して昇圧コンバータ12を制御し、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を低減する。
As described above, according to the present invention, it is determined whether or not the reactor current IL is included in the range of −Ir to Ir (except IL = 0) at regular time intervals, and the reactor current IL is −Ir to When included in the range of Ir, the
再び、図1を参照して、モータ駆動装置100における動作について説明する。制御装置30は、外部のECUからトルク指令値TRが入力されると、システムリレーSR1,SR2をオンするためのHレベルの信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。そして、直流電源Bは直流電圧Vbを出力し、システムリレーSR1,SR2は直流電圧VbをコンデンサC1へ供給する。コンデンサC1は、供給された直流電圧Vbを平滑化し、その平滑化した直流電圧Vbを昇圧コンバータ12へ供給する。
With reference to FIG. 1 again, the operation in the
そうすると、制御装置30は、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptを選択し、交流モータM1がトルク指令値TRによって指定されたトルクを発生するように昇圧コンバータ12およびインバータ14を制御するための信号PWUおよび信号PWMIを生成してそれぞれ昇圧コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
Then,
そして、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2は、制御装置30からの信号PWUに応じてオン/オフされ、直流電圧Vbを出力電圧Vmに変換してコンデンサC2に供給する。また、電圧センサー13は、コンデンサC2の両端の電圧である出力電圧Vmを検出し、その検出した出力電圧Vmを制御装置30へ出力する。
Then, NPN transistors Q1 and Q2 of
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12から供給された直流電圧を平滑化してインバータ14へ供給する。インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8は、制御装置30からの信号PWMIに従ってオン/オフされ、インバータ14は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値TRによって指定されたトルクを交流モータM1が発生するように交流モータM1のU相、V相、W相の各相に所定の交流電流を流す。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TRによって指定されたトルクを発生する。
Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage supplied from
そして、制御装置30は、図12に示すフローチャートに従って、一定時間ごとに、キャリア周波数を調整するルーチンを実行し、電流センサー11からのリアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲(ただし、IL=0を除く)であるとき、信号PWUのキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定し、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムによる影響を低減する。
Then, according to the flowchart shown in FIG. 12, the
モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードになった場合、制御装置30は、回生制動モードになったことを示す信号を外部のECUから受け、信号PWMCおよび信号PWDを生成してそれぞれインバータ14および昇圧コンバータ12へ出力する。
When the hybrid vehicle or electric vehicle on which the
交流モータM1は、交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ14へ供給する。そして、インバータ14は、制御装置30からの信号PWMCに従って、交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。
AC motor M <b> 1 generates AC voltage and supplies the generated AC voltage to
昇圧コンバータ12は、制御装置30からの信号PWDに従って直流電圧を降圧して直流電源Bに供給し、直流電源Bを充電する。
このように、モータ駆動装置100においては、リアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲(ただし、IL=0を除く)であるとき、信号PWUのキャリア周波数fcは、最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定され、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムによる影響が低減される。
Thus, in
なお、この発明においては、電圧センサー10,13、電流センサー11、昇圧コンバータ12、制御装置30のフィードバック電圧指令演算部52、デューティー比変換部54および周波数調整部56は、「電圧変換装置」を構成する。
In the present invention, the
また、この発明においては、フィードバック電圧指令演算部52、デューティー比変換部54および周波数調整部56は、電圧変換器としての昇圧コンバータ12を制御する「制御手段」を構成する。
In the present invention, feedback voltage
さらに、この発明による電圧変換方法は、図12に示すフローチャートに従って信号PWUのキャリア周波数を調整し、直流電圧を出力電圧Vmに変換する電圧変換方法である。 Furthermore, the voltage conversion method according to the present invention is a voltage conversion method for adjusting the carrier frequency of the signal PWU according to the flowchart shown in FIG. 12 and converting the DC voltage into the output voltage Vm.
さらに、フィードバック電圧指令演算部52、デューティー比変換部54および周波数調整部56におけるフィードバック制御は、実際にはCPU(Central Processing Unit)によって行なわれ、CPUは、図12に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをROM(Read Only Memory)から読出し、その読出したプログラムを実行して図12に示すフローチャートに従ってNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチングするキャリア周波数を調整しながら直流電圧を出力電圧Vmへ変換する電圧変換を制御する。したがって、ROMは、図12に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ(CPU)読取り可能な記録媒体に相当する。
Further, feedback control in feedback voltage
また、この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置は、図13に示すモータ駆動装置100Aであってもよい。図13を参照して、モータ駆動装置100Aは、電流センサー28およびインバータ31をモータ駆動装置100に追加し、モータ駆動装置100の制御装置30を制御装置30Aに代えたものであり、その他は、モータ駆動装置100と同じである。
Further, the motor drive device provided with the voltage conversion device according to the embodiment of the present invention may be a
なお、コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの出力電圧VmをノードN1,N2を介して受け、その受けた出力電圧Vmを平滑化してインバータ14のみならずインバータ31にも供給する。また、電流センサー24は、モータ電流MCRT1を検出して制御装置30Aへ出力する。さらに、インバータ14は、制御装置30Aからの信号PWMI1に基づいてコンデンサC2からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動し、信号PWMC1に基づいて交流モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。
Capacitor C2 receives output voltage Vm from step-up
インバータ31は、インバータ14と同じ構成から成る。そして、インバータ31は、制御装置30Aからの信号PWMI2に基づいて、コンデンサC2からの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM2を駆動し、信号PWMC2に基づいて交流モータM2が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。電流センサー28は、交流モータM2の各相に流れるモータ電流MCRT2を検出して制御装置30Aへ出力する。
The
制御装置30Aは、直流電源Bから出力された直流電圧Vbを電圧センサー10から受け、リアクトル電流ILを電流センサー11から受け、モータ電流MCRT1,MCRT2をそれぞれ電流センサー24,28から受け、昇圧コンバータ12の出力電圧Vm(すなわち、インバータ14,31への入力電圧)を電圧センサー13から受け、トルク指令値TR1,TR2およびモータ回転数MRN1,MRN2を外部ECUから受ける。そして、制御装置30Aは、直流電圧Vb、出力電圧Vm、モータ電流MCRT1、トルク指令値TR1およびモータ回転数MRN1に基づいて、上述した方法によりインバータ14が交流モータM1を駆動するときにインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ14へ出力する。
また、制御装置30Aは、直流電圧Vb、出力電圧Vm、モータ電流MCRT2、トルク指令値TR2およびモータ回転数MRN2に基づいて、上述した方法によりインバータ31が交流モータM2を駆動するときにインバータ31のNPNトランジスタQ3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI2をインバータ31へ出力する。
Further,
さらに、制御装置30Aは、インバータ14(または31)が交流モータM1(またはM2)を駆動するとき、直流電圧Vb、出力電圧Vm、リアクトル電流IL、モータ電流MCRT1(またはMCRT2)、トルク指令値TR1(またはTR2)およびモータ回転数MRN1(またはMRN2)に基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチング制御するための信号PWUを最適キャリア周波数fcoptに設定して昇圧コンバータ12へ出力する。
Furthermore, when inverter 14 (or 31) drives AC motor M1 (or M2),
さらに、制御装置30Aは、リアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲(ただし、IL=0を除く)であるとき、信号PWUのキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定してNPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムの影響を低減する。
Furthermore, when reactor current IL is in a range of −Ir ≦ IL ≦ Ir (except IL = 0),
さらに、制御装置30Aは、回生制動時に交流モータM1が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMC1、または交流モータM2が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMC2を生成し、その生成した信号PWMC1または信号PWMC2をそれぞれインバータ14またはインバータ31へ出力する。この場合、制御装置30Aは、インバータ14または31からの直流電圧を降圧して直流電源Bを充電するように昇圧コンバータ12を制御する信号PWDを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Further,
さらに、制御装置30Aは、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
Further,
モータ駆動装置100Aにおける全体動作について説明する。全体の動作が開始され、外部のECUからトルク指令値TR1,TR2が入力されると、制御装置30Aは、システムリレーSR1,SR2をオンするためのHレベルの信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。そして、直流電源Bは直流電圧Vbを出力し、システムリレーSR1,SR2は直流電圧VbをコンデンサC1へ供給する。コンデンサC1は、供給された直流電圧Vbを平滑化し、その平滑化した直流電圧Vbを昇圧コンバータ12へ供給する。
The overall operation in the
そうすると、制御装置30Aは、電流センサー11から受けたリアクトル電流ILに対応する最適キャリア周波数fcoptを選択し、交流モータM1,M2がそれぞれトルク指令値TR1,TR2によって指定されたトルクを発生するように昇圧コンバータ12およびインバータ14を制御するための信号PWUおよび信号PWMI1,PWMI2を生成してそれぞれ昇圧コンバータ12およびインバータ14,31へ出力する。
Then,
そして、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2は、制御装置30Aからの信号PWUに応じてオン/オフされ、直流電圧Vbを出力電圧Vmに変換してコンデンサC2に供給する。また、電圧センサー13は、コンデンサC2の両端の電圧である出力電圧Vmを検出し、その検出した出力電圧Vmを制御装置30へ出力する。
NPN transistors Q1 and Q2 of
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12から供給された直流電圧を平滑化してインバータ14,31へ供給する。インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8は、制御装置30Aからの信号PWMI1に従ってオン/オフされ、インバータ14は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値TR1によって指定されたトルクを交流モータM1が発生するように交流モータM1のU相、V相、W相の各相に所定の交流電流を流す。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TR1によって指定されたトルクを発生する。
Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage supplied from
また、インバータ31のNPNトランジスタQ3〜Q8は、制御装置30Aからの信号PWMI2に従ってオン/オフされ、インバータ31は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値TR2によって指定されたトルクを交流モータM2が発生するように交流モータM2のU相、V相、W相の各相に所定の交流電流を流す。これにより、交流モータM2は、トルク指令値TR2によって指定されたトルクを発生する。
Further, NPN transistors Q3 to Q8 of
そして、制御装置30Aは、図12に示すフローチャートに従って、一定時間ごとに、キャリア周波数を調整するルーチンを実行し、電流センサー11からのリアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲(ただし、IL=0を除く)であるとき、信号PWUのキャリア周波数fcを最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定し、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムによる影響を低減する。
Then, according to the flowchart shown in FIG. 12, the
また、モータ駆動装置100Aが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置30Aは、外部ECUから信号RGEを受け、その受けた信号RGEに応じて、信号PWMC1,2を生成してそれぞれインバータ14,31へ出力し、信号PWDを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Further, at the time of regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle on which
そうすると、インバータ14は、交流モータM1が発電した交流電圧を信号PWMC1に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。また、インバータ31は、交流モータM2が発電した交流電圧を信号PWMC2に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。
Then,
そして、昇圧コンバータ12は、コンデンサC2からの直流電圧をノードN1,N2を介して受け、その受けた直流電圧を信号PWDによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Bに供給する。これにより、交流モータM1またはM2によって発電された電力が直流電源Bに充電される。
このように、交流モータが2つの場合でも、リアクトル電流ILが、−Ir≦IL≦Irの範囲(ただし、IL=0を除く)にあるとき、信号PWUのキャリア周波数fcは、最適キャリア周波数fcoptよりも低いキャリア周波数fcdecに設定され、NPNトランジスタQ1,Q2のデッドタイムによる影響が低減される。 Thus, even when there are two AC motors, when the reactor current IL is in the range of −Ir ≦ IL ≦ Ir (except IL = 0), the carrier frequency fc of the signal PWU is the optimum carrier frequency fcopt. Is set to a lower carrier frequency fcdec, and the influence of the dead time of the NPN transistors Q1 and Q2 is reduced.
なお、上記においては、直流電源Bから昇圧コンバータ12へ流れる直流電流をリアクトル電流ILとしたが、この直流電流は、直流電源Bから出力される直流電流と同義である。
In the above description, the DC current flowing from DC power supply B to boost
また、上記においては、リアクトル電流ILを電流センサー11により検出すると説明したが、この発明においては、リアクトル電流ILは、交流モータM1(またはM2)の出力パワーと昇圧コンバータ12の出力電圧Vmとに基づいて求めるようにしてもよい。また、交流モータM1(またはM2)のトルクから交流モータM1(またはM2)の出力パワーを演算し、その演算した出力パワーに基づいてリアクトル電流ILを求めるようにしてもよい。
In the above description, the reactor current IL is detected by the
さらに、上記においては、周波数調整部56は、直流電源Bから昇圧コンバータ12までの回路の抵抗R、直流電源Bから出力される直流電圧Vb、コンデンサC2の容量C、リアクトルL1のインダクタンスL、コンデンサC2の両端の出力電圧Vmおよび時間Tp,Tnに基づいてリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irを演算すると説明したが、この発明においては、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irは、抵抗R、容量C、インダクタンスL、直流電圧Vb、出力電圧Vmおよび時間Tp,Tnに基づいて予め演算され、その演算されたリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値Irは、周波数調整部56に保持されるように構成してもよい。
Further, in the above description, the
さらに、上記においては、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUの最適キャリア周波数fcoptを、電流センサー11により検出したリアクトル電流ILと図5の実線に示すマップとに基づいて選択すると説明したが、この発明においては、図14に示すフローチャートに従って最適キャリア周波数fcoptを選択してもよい。
Further, in the above, the optimum carrier frequency fcopt of the signal PWU for turning on / off the NPN transistors Q1 and Q2 of the
図14を参照して、最適キャリア周波数fcoptを選択する動作が開始されると、周波数調整部56は、トルク指令値TR(またはTR1,TR2)、モータ回転数MRN(またはMRN1,MRN2)、およびバッテリ電圧Vbを受け(ステップS100)、その受けたトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて交流モータM1を駆動する際に必要な電力である直流電源Bの出力要求BP*を演算する(ステップS102)。なお、直流電源Bの出力要求BP*は、交流モータM1からの動力を電力換算したものとして演算される。
Referring to FIG. 14, when the operation of selecting optimum carrier frequency fcopt is started,
その後、周波数調整部56は、演算した出力要求BP*を電圧センサー10からの直流電圧Vbによって除算して昇圧コンバータ12のリアクトルL1に流す目標リアクトル電流IL*を演算し(ステップS104)、その演算した目標リアクトル電流IL*に基づいて昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2を効率良くスイッチングするための最適なキャリア周波数である最適キャリア周波数fcoptを設定する(ステップS106)。そして、この最適キャリア周波数fcoptを用いて、目標リアクトル電流IL*がリアクトルL1に流れるように、昇圧コンバータ12が制御され(ステップS108)、最適キャリア周波数を選択するルーチンが終了する。
After that, the
そして、図14に示すフローチャートに従ってキャリア周波数fcが最適キャリア周波数fcoptに設定される場合、図12のステップS10における最適キャリア周波数を選択する動作は、図14に示すフローチャートに従って行なわれる。 When the carrier frequency fc is set to the optimum carrier frequency fcopt according to the flowchart shown in FIG. 14, the operation for selecting the optimum carrier frequency in step S10 in FIG. 12 is performed according to the flowchart shown in FIG.
なお、交流モータM1,M2は、上述したように回生制動時に発電機として機能し得る交流モータであるが、好ましくは、交流モータは、エンジンの駆動時にエンジンのクランク軸の回転力により発電する発電機として機能してもよい。このように、交流モータがエンジンの駆動時に発電機として機能する態様としては、交流モータM1が駆動輪を駆動するためのトルクを発生するモータとして機能し、交流モータM2がエンジンのクランク軸の回転力により発電する発電機として機能する場合である。 The AC motors M1 and M2 are AC motors that can function as generators during regenerative braking as described above. Preferably, the AC motor generates power by the rotational force of the crankshaft of the engine when the engine is driven. It may function as a machine. Thus, as an aspect in which the AC motor functions as a generator when the engine is driven, the AC motor M1 functions as a motor that generates torque for driving the drive wheels, and the AC motor M2 rotates the crankshaft of the engine. This is a case of functioning as a generator that generates power by force.
また、交流モータM1,M2およびエンジンの出力軸がプラネタリーギアに接続されるようなハイブリッドシステムを構成してもよい。 Alternatively, a hybrid system in which AC motors M1, M2 and the output shaft of the engine are connected to a planetary gear may be configured.
さらに、交流モータM1,M2は、互いに、車両の異なる駆動輪に対応して設けられてもよい。 Further, AC motors M1 and M2 may be provided corresponding to different drive wheels of the vehicle.
さらに、他の交流モータを交流モータM1,M2に並列に適宜追加してもよい。
この発明の実施の形態によれば、スイッチング素子により直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する電圧変換器と、直流電源から電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する検出手段と、リアクトル電流の絶対値がリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下であるとき、スイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を低下して電圧変換器を制御する制御手段とを備えるので、スイッチング素子のデッドタイムによる影響を低減できる。
Further, other AC motors may be appropriately added in parallel to the AC motors M1 and M2.
According to the embodiment of the present invention, the voltage converter that changes the voltage level of the DC voltage by the switching element and outputs the output voltage, the detection means that detects the reactor current flowing from the DC power supply to the voltage converter, and the reactor current Control means for controlling the voltage converter by lowering the carrier frequency for turning on / off the switching element when the absolute value of the ripple current is less than the peak-to-peak value of the ripple current. The impact can be reduced.
今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10,13,320 電圧センサー、11,24,28 電流センサー、12 昇圧コンバータ、14,31,330 インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、30,30A 制御装置、40 モータ制御用相電圧演算部、42 PWM信号変換部、50 インバータ入力電圧指令演算部、52 フィードバック電圧指令演算部、54 デューティー比変換部、56 周波数調整部、100,100A,300 モータ駆動装置、301 モータトルク制御手段、302 電圧変換制御手段、310 双方向コンバータ、311,L1 リアクトル、312,313,Q1〜Q8 NPNトランジスタ、314,315,D1〜D8 ダイオード、C1,C2 コンデンサ、M1,M2 交流モータ、SR1,SR2 システムリレー。 10, 13, 320 Voltage sensor, 11, 24, 28 Current sensor, 12 Boost converter, 14, 31, 330 Inverter, 15 U-phase arm, 16 V-phase arm, 17 W-phase arm, 30, 30A Control device, 40 motor Control phase voltage calculation unit, 42 PWM signal conversion unit, 50 inverter input voltage command calculation unit, 52 feedback voltage command calculation unit, 54 duty ratio conversion unit, 56 frequency adjustment unit, 100, 100A, 300 motor drive device, 301 motor Torque control means, 302 voltage conversion control means, 310 bidirectional converter, 311, L1 reactor, 312, 313, Q1-Q8 NPN transistor, 314, 315, D1-D8 diode, C1, C2 capacitor, M1, M2 AC motor, SR1, SR2 system Relay.
Claims (7)
スイッチング素子を含み、前記直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する電圧変換器と、
前記直流電源から前記電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流の絶対値を前記リアクトル電流の極大値と極小値との差である、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較し、その比較結果に応じて、前記スイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を変更して前記電圧変換器を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値よりも大きい場合には、前記キャリア周波数を前記スイッチング素子を効率良くスイッチングするための最適キャリア周波数に設定し、前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下である場合には、前記スイッチング素子のデューティー比を保持したまま、前記キャリア周波数を、前記最適キャリア周波数よりも低いキャリア周波数であって、かつ、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数の最大周波数以下となるように設定する、電圧変換装置。 A voltage converter for converting a DC voltage from a DC power source into the output voltage so that the output voltage becomes a command voltage,
A voltage converter that includes a switching element and outputs an output voltage by changing a voltage level of the DC voltage;
Detecting means for detecting a reactor current flowing from the DC power source to the voltage converter;
The absolute value of the detected reactor current is compared with the peak-to-peak value of the ripple current, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the reactor current, and the switching element is turned on according to the comparison result. Control means for controlling the voltage converter by changing the carrier frequency to be turned off ,
When the absolute value of the reactor current is larger than the peak-to-peak value of the ripple current, the control means sets the carrier frequency to an optimum carrier frequency for efficiently switching the switching element, When the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the carrier frequency is set to a carrier frequency lower than the optimum carrier frequency while maintaining the duty ratio of the switching element. there are, and to set such that the following maximum frequency of the carrier frequency that can remove the influence of dead time, the voltage conversion device.
前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下である場合には、そのとき設定されているオンデューティーに対応する前記キャリア周波数の最大周波数と前記キャリア周波数の最小周波数との範囲内で、前記キャリア周波数を設定する、請求項1に記載の電圧変換装置。 The control means is set such that, for each on-duty of the switching element, the maximum frequency of the carrier frequency and the current flowing through the switching element do not exceed the maximum current value allowed for the switching element. Holds the minimum carrier frequency,
When the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the maximum frequency of the carrier frequency corresponding to the on-duty set at that time and the minimum frequency of the carrier frequency The voltage converter according to claim 1 , wherein the carrier frequency is set within a range .
前記電圧変換器の出力電圧を検出する第2の電圧センサーとをさらに備え、
前記制御手段は、前記検出された直流電圧および出力電圧を用いて前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算し、前記リアクトル電流の絶対値を前記演算したリプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較する、請求項1または請求項2に記載の電圧変換装置。 A first voltage sensor for detecting a DC voltage from the DC power supply;
A second voltage sensor for detecting an output voltage of the voltage converter,
The control means calculates the peak-to-peak value of the ripple current using the detected DC voltage and output voltage, and calculates the absolute value of the reactor current from the calculated peak-to-peak value of the ripple current. The voltage converter of Claim 1 or Claim 2 compared with.
前記制御手段は、前記検出された直流電圧、前記出力電圧、前記上アーム用のスイッチング素子のオン時間、前記下アーム用のスイッチング素子のオン時間、および前記2つのスイッチング素子のオン/オフを制御する信号のキャリア周期に基づいて前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算する、請求項3に記載の電圧変換装置。 The voltage converter includes two switching elements for an upper arm and a lower arm,
The control means controls the detected DC voltage, the output voltage, the on-time of the upper arm switching element, the on-time of the lower arm switching element, and the on / off of the two switching elements. The voltage converter according to claim 3 , wherein a peak-to-peak value of the ripple current is calculated based on a carrier period of a signal to be transmitted.
前記直流電源から前記電圧変換を行う電圧変換器へ流れるリアクトル電流を検出する第1のステップと、
前記検出されたリアクトル電流の絶対値を前記リアクトル電流の極大値と極小値との差である、リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値と比較する第2のステップと、
前記比較結果に応じて、前記電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン/オフするキャリア周波数を変更して前記電圧変換器を制御する第3のステップとを含み、
前記第3のステップは、前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値よりも大きい場合には、前記キャリア周波数を前記スイッチング素子を効率良くスイッチングするための最適キャリア周波数に設定し、前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下である場合には、前記スイッチング素子のデューティー比を保持したまま、前記キャリア周波数を、前記最適キャリア周波数よりも低いキャリア周波数であって、かつ、デッドタイムの影響を除去可能なキャリア周波数の最大周波数以下となるように設定する、電圧変換方法。 A voltage conversion method for converting a DC voltage from a DC power source into the output voltage so that the output voltage becomes a command voltage,
A first step of detecting a reactor current flowing from the DC power source to a voltage converter that performs the voltage conversion;
A second step of comparing the absolute value of the detected reactor current with a peak-to-peak value of a ripple current, which is a difference between a maximum value and a minimum value of the reactor current;
Depending on the comparison result, it is seen including a third step of switching elements included in said voltage converter by changing the on / off the carrier frequency for controlling said voltage converter,
In the third step, when the absolute value of the reactor current is larger than the peak-to-peak value of the ripple current, the carrier frequency is set to an optimum carrier frequency for efficiently switching the switching element. When the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the carrier frequency is set to a carrier lower than the optimum carrier frequency while maintaining the duty ratio of the switching element. A voltage conversion method in which the frequency is set to be equal to or lower than the maximum carrier frequency that can eliminate the influence of dead time .
前記リアクトル電流の絶対値が前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値以下である場合には、そのとき設定されているオンデューティーに対応する前記キャリア周波数の最大周波数と前記キャリア周波数の最小周波数との範囲内で、前記キャリア周波数を設定する、請求項5に記載の電圧変換方法。 The third step is set so that the maximum frequency of the carrier frequency and the current flowing through the switching element do not exceed the maximum current value allowed for the switching element for each on-duty of the switching element. Holding the minimum frequency of the carrier frequency,
When the absolute value of the reactor current is equal to or less than the peak-to-peak value of the ripple current, the maximum frequency of the carrier frequency corresponding to the on-duty set at that time and the minimum frequency of the carrier frequency The voltage conversion method according to claim 5 , wherein the carrier frequency is set within a range .
前記検出された直流電圧および出力電圧を用いて前記リプル電流のピーク・トゥ・ピーク値を演算する第5のステップとをさらに含む、請求項5または請求項6に記載の電圧変換方法。 A fourth step of detecting a DC voltage from the DC power supply and the output voltage;
The voltage conversion method according to claim 5 , further comprising a fifth step of calculating a peak-to-peak value of the ripple current using the detected DC voltage and output voltage.
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