JP4835743B2 - 電力変換回路の制御装置 - Google Patents
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Description
前記スイッチング素子は、電圧制御形のスイッチング素子であり、前記スイッチング素子の導通制御端子には、前記スイッチング素子の入力端子および出力端子間を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子をオフ状態とする過電流保護回路が接続されており、前記放電制御手段は、前記充電電圧を規定電圧以下に制御する期間において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方についてオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことにより前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで前記蓄電手段の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うものであって且つ、前記短絡させる処理を行うに際し、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方の導通制御端子に印加する電圧を、飽和電流が前記閾値電流よりも小さくなる値とすることを特徴とする。
以下、本発明にかかる電力変換回路の制御装置をハイブリッド車に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
一方、制御装置24は、低電圧バッテリ22を電源とするものであり、制御対象としてのモータジェネレータ10の制御量を制御すべく、インバータIVの入力電圧VDCを検出する電圧センサ17等の各種センサの検出値に基づき、上記インバータIVを操作する。詳しくは、制御装置24は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、およびW相のそれぞれについてのパワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、パワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。これにより、パワースイッチング素子Swp,Swnは、それらの導通制御端子(ゲート)に接続されるドライブユニットDUを介して制御装置24により操作される。ちなみに、インバータIVを備える高電圧システムと、制御装置24を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。
上記コンデンサ16は、インバータIVの直接の電源となるものであり、インバータIVと高電圧バッテリ12との距離が長い場合等であっても、インバータIVの入力端子の電位変動を抑制する機能を有する。ただし、例えば車両の走行が許可されない状況等にあっては、コンデンサ16に蓄えられた電荷を放電させることが望ましい。ここで、車両の走行が許可されない状況とは、例えばユーザによって車両の走行の意思がある旨の指示がなされずメインリレー14がオフとされたり、制御装置24がオフとされたりする状況である。また例えば、車両の衝突事故時等、制御装置24によってメインリレー14が強制的にオフ状態とされる状況である。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第6の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第7の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第8の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<オン状態およびオフ状態の繰り返し処理について>
オン状態およびオフ状態の繰り返し処理としては、下側アームで行うものや、上下アーム双方で行うものに限らず、例えば上側アームで行うものであってもよい。この際、オン状態とする期間を、上記第3,6の実施形態に例示されるように可変設定してもよい。
<短絡処理を行うパワースイッチング素子について>
同時期に短絡処理を行うパワースイッチング素子としては、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体からなる1組のパワースイッチング素子に限らない。例えば、全相のパワースイッチング素子によって同時に短絡処理を行ってもよく、また、コンバータCVのパワースイッチング素子を更に加えてもよい。また例えば、1の高電圧バッテリ12に複数のインバータが接続される構成において、これら複数のインバータの少なくとも1相ずつを同時に短絡処理を実行するために用いてもよい。さらに例えば、1のインバータの1の相が、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体を複数備えて構成される場合において、これら複数の直列接続体を同時に短絡処理に用いたり、一部の直列接続体のみを短絡処理に用いたりしてもよい。
<短絡処理を行うパワースイッチング素子の切替について>
放電処理期間において、同時期に短絡処理を行うパワースイッチング素子Swを変更する手法としては、先の第5の実施形態や第7の実施形態において例示した手法に限らない。例えば短絡処理を実行しているパワースイッチング素子Swの温度の検出値が所定温度以上となる場合に変更するようにしてもよい。また例えば、コンデンサ16の電圧の低下量に応じて変更するようにしてもよい。
<温度検出機能について>
制御装置24によって取得可能なパワースイッチング素子Swの温度としては、低電位側のパワースイッチング素子Swnの温度に限らない。また、制御装置24によって取得可能なパワースイッチング素子Swの温度を全相のパワースイッチング素子の温度とするものや1の相のパワースイッチング素子の温度とするものに限らない。さらに、1の高電圧バッテリ12に接続される複数のインバータを備える場合、制御装置24によって取得可能なパワースイッチング素子Swの温度を、各インバータ毎に少なくとも1相の温度としてもよく、さらに、これら複数のインバータのいずれか一方のパワースイッチング素子Swの温度としてもよい。
<放電制御における充電電圧の目標値について>
充電電圧を規定電圧以下に制御するものとしては、ゼロに制御するものに限らない。ただし、放電制御における充電電圧の目標値は、メンテナンス作業時等において感電が懸念されなくなる電圧の最高値以下とされることが望ましい。
<その他>
・パワースイッチング素子Swとしては、IGBTに限らず、例えばパワーMOS型電界効果トランジスタであってもよい。
Claims (24)
- 高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体が蓄電手段に並列接続された電力変換回路について、前記蓄電手段の充電電圧を規定電圧以下に制御する放電制御手段を備える電力変換回路の制御装置において、
前記スイッチング素子は、電圧制御形のスイッチング素子であり、
前記スイッチング素子の導通制御端子には、前記スイッチング素子の入力端子および出力端子間を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子をオフ状態とする過電流保護回路が接続されており、
前記放電制御手段は、前記充電電圧を規定電圧以下に制御する期間において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方についてオン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことにより前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方をオン状態とすることで前記蓄電手段の両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うものであって且つ、前記短絡させる処理を行うに際し、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方の導通制御端子に印加する電圧を、飽和電流が前記閾値電流よりも小さくなる値とすることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 - 前記放電制御手段は、前記充電電圧を規定電圧以下に制御する期間において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子のいずれか一方について、オン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことで前記両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うことを特徴とする請求項1記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記いずれか一方が前記高電位側のスイッチング素子であることを特徴とする請求項2記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記高電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧に限って、飽和電流が前記閾値電流よりも小さくなる値とすることを特徴とする請求項3記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記高電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧を、前記低電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧よりも小さくすることを特徴とする請求項3記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記いずれか一方が前記低電位側のスイッチング素子であることを特徴とする請求項2記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記低電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧に限って、飽和電流が前記閾値電流よりも小さくなる値とすることを特徴とする請求項6記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記低電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧を、前記高電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧よりも小さくすることを特徴とする請求項6記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記充電電圧を規定電圧以下に制御する期間において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の双方について、オン状態およびオフ状態を複数回繰り返すことで前記両電極の短絡状態を複数回生成する処理を行うことを特徴とする請求項1記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記高電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧と前記低電位側のスイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧との双方を、飽和電流が前記閾値電流よりも小さくなる値とすることを特徴とする請求項9記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記短絡状態とされる各1回の期間を予め設定された一定時間とすることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記蓄電手段の両電極間の電圧に基づき、前記短絡状態とされる各1回の期間を可変設定することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、前記スイッチング素子の温度の検出値に基づき、前記短絡状態とされる各1回の期間を可変設定することを特徴とする請求項11または12記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記蓄電手段には、開閉手段を介してバッテリが並列接続されており、
前記放電制御手段は、前記開閉手段が開状態であることを条件に前記短絡させる処理を行うことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記電力変換回路は、バッテリに入力端子が接続されて且つ、前記蓄電手段に出力端子が接続された昇圧コンバータを備え、
前記バッテリおよび前記昇圧コンバータ間には、これらの間を開閉する開閉手段が接続されており、
前記放電制御手段は、前記開閉手段が開状態であることを条件に前記短絡させる処理を行うことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記電力変換回路は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備え、
前記放電制御手段は、前記短絡させる処理を行う期間において、該短絡させる処理を同時に実行する前記直列接続体を前記複数の直列接続体の全てとすることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記電力変換回路は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備え、
前記放電制御手段は、前記短絡させる処理を行う期間において、該短絡させる処理を実行する前記直列接続体を変更することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記放電制御手段は、前記直列接続体を変更する処理を、前記スイッチング素子の温度の検出値に基づき実行することを特徴とする請求項17記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記電力変換回路は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備え、
当該制御装置は、前記電力変換回路とは電気的に絶縁されたものであって且つ、前記電力変換回路の一部の直列接続体に限ってスイッチング素子の温度の検出値を取得する機能を有しており、
前記放電制御手段は、前記一部の直列接続体に限って前記短絡させる処理を実行することを特徴とする請求項1〜15、17のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記電力変換回路は、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の直列接続体を複数備え、
前記放電制御手段は、前記短絡させる処理を実行する直列接続体を、そのスイッチング素子の温度が最も低い直列接続体とすることを特徴とする請求項1〜15,17〜19のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記放電制御手段は、前記蓄電手段の電圧に基づき前記短絡させる処理を終了することを特徴とする請求項1〜20のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記放電制御手段は、駆動回路を介して前記スイッチング素子を操作するものであり、
前記駆動回路は、前記スイッチング素子の導通制御端子に印加する電圧を生成する電圧生成手段を備え、
該電圧生成手段は、前記放電制御手段の操作に応じて生成する電圧を可変とすることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記電力変換回路は、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものであり、
前記電圧生成手段は、トランスを備えて構成されることを特徴とする請求項22記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記トランスは、2次側コイルと磁気的に結合した一対の1次側コイルを備え、
前記電圧生成手段は、前記1次側コイルのうちの一方の両端の電圧の抵抗分圧値を目標値にフィードバック制御すべく前記1次側コイルの他方と電源とのループ回路を開閉操作する手段を更に備え、
前記放電制御手段は、前記抵抗分圧による分圧度合いを操作するものであることを特徴とする請求項23記載の電力変換回路の制御装置。
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