JP5362393B2 - DC / DC converter device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、降圧用スイッチング素子と昇圧用スイッチング素子を備えるDC/DCコンバータ装置に関する。より詳細には、スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力するDC/DCコンバータ装置に関する。 The present invention relates to a DC / DC converter device including a step-down switching element and a step-up switching element. More specifically, the present invention relates to a DC / DC converter device that alternately outputs a drive signal to a step-down switching element and a step-up switching element with a dead time between switching periods.
スイッチング周期毎に降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力するいわゆる同期スイッチング制御が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1の同期スイッチング制御では、降圧用スイッチング素子と昇圧用スイッチング素子が同時に通流して短絡することを防止するために、駆動信号間にデッドタイムを挟む(例えば、特許文献1の第9図(a)参照)。
So-called synchronous switching control is known in which drive signals are alternately output to a step-down switching element and a step-up switching element for each switching period (for example, Patent Document 1). In the synchronous switching control of
特許文献1では、デッドタイムの生成方法についての記載は存在するが(例えば、特許文献1の第9図(a)、(b)及び11頁第5行〜最終行)、デッドタイムの影響を考慮したDC/DCコンバータ装置の制御性については何ら検討されていない。
In
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、同期スイッチング制御においてDC/DCコンバータ装置の制御性を向上させることができるDC/DCコンバータ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and an object thereof is to provide a DC / DC converter device capable of improving the controllability of the DC / DC converter device in synchronous switching control.
この発明に係るDC/DCコンバータ装置は、降圧用スイッチング素子と、昇圧用スイッチング素子と、リアクトルと、スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力する制御部とを備えるチョッパ型のDC/DCコンバータ装置であって、前記制御部は、前記DC/DCコンバータ装置が、各スイッチング周期全体において、降圧状態のみである場合、昇圧状態のみである場合、又は前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合のいずれであるかを、前記リアクトルが配置された1次側の電流に基づいて判別し、前記降圧状態のみである場合と判断したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、前記昇圧状態のみである場合と判断したとき、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合と判断したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に前記デッドタイムを割り付けることを特徴とする。 The DC / DC converter device according to the present invention alternately includes a step-down switching element, a step-up switching element, a reactor, and the step-down switching element and the step-up switching element with a dead time between switching periods. A chopper type DC / DC converter device including a control unit that outputs a drive signal to the control unit, wherein the control unit boosts the voltage when the DC / DC converter device is in a step-down state only in each switching period. When it is only the state, or when both the step-down state and the step-up state appear, it is determined based on the current on the primary side where the reactor is arranged, and only the step-down state The dead time during the output period of the drive signal to the switching element for boosting When it is determined that all are allocated and only the step-up state is present, all the dead times are allocated in the output period of the drive signal to the step-down switching element, and it is determined that both the step-down state and the step-up state appear. The dead time is assigned to both the output period of the drive signal to the step-up switching element and the output period of the drive signal to the step-down switching element.
この発明によれば、スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力するいわゆる同期スイッチング制御において、降圧状態と昇圧状態との切替りによる電圧変動を抑制することができる。その結果、DC/DCコンバータ装置の制御性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, in so-called synchronous switching control in which a drive signal is alternately output to a step-down switching element and a step-up switching element with a dead time between switching periods, switching between a step-down state and a step-up state is performed. Voltage fluctuation can be suppressed. As a result, the controllability of the DC / DC converter device can be improved.
前記制御部は、各スイッチング周期における前記1次側の電流のピーク値及びボトム値を検出し、前記降圧状態のみである場合、前記昇圧状態のみである場合、又は前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合のいずれであるかを、前記ピーク値及び前記ボトム値に基づいて判別してもよい。 The control unit detects a peak value and a bottom value of the primary-side current in each switching cycle, and is only in the step-down state, only in the step-up state, or in the step-down state and the step-up state. It may be determined based on the peak value and the bottom value whether both appear.
前記制御部は、前記降圧状態及び前記昇圧状態を判定するための前記1次側の電流の上限閾値及び下限閾値を予め設定し、前記ピーク値が前記下限閾値以下のときは、前記降圧状態のみであると判断し、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、前記ボトム値が前記上限閾値以上のときは、前記昇圧状態のみであると判断し、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、前記ボトム値が前記下限閾値以下且つ前記ピーク値が前記上限閾値以上のときは、前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合と判断し、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に前記デッドタイムを均等に割り付け、前記ピーク値及び前記ボトム値の一方又は両方が前記下限閾値と前記上限閾値との間にあるときは、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に対し、前記ピーク値及び前記ボトム値に応じた割付比率で前記デッドタイムを割り付けてもよい。 The control unit presets an upper limit threshold and a lower limit threshold of the primary side current for determining the step-down state and the step-up state, and when the peak value is equal to or lower than the lower limit threshold, only the step-down state The dead time is allotted to the output period of the drive signal to the boosting switching element, and when the bottom value is equal to or greater than the upper limit threshold, it is determined that the boosting state is only, When the dead time is allotted during the output period of the drive signal to the switching element for the switching element, and the bottom value is not more than the lower limit threshold and the peak value is not less than the upper limit threshold, both the step-down state and the step-up state appear The drive signal output period for the step-down switching element and the drive signal for the step-up switching element. The dead time is equally allocated to both the output period and the one or both of the peak value and the bottom value is between the lower limit threshold and the upper limit threshold, and the drive for the step-down switching element is performed. The dead time may be assigned to both the signal output period and the drive signal output period for the boosting switching element at an allocation ratio according to the peak value and the bottom value.
また、前記制御部は、前記割付比率の変化を制限するフィルタ処理を行ってもよい。 Further, the control unit may perform a filtering process that restricts a change in the allocation ratio.
さらに、前記制御部は、前記ピーク値及び前記ボトム値の少なくとも一方に対して、その変化を制限するフィルタ処理を行ってもよい。 Furthermore, the control unit may perform a filtering process for limiting a change in at least one of the peak value and the bottom value.
前記1次側には蓄電装置が接続され、前記2次側には発電装置及びモータが接続されてもよい。 A power storage device may be connected to the primary side, and a power generation device and a motor may be connected to the secondary side.
前記発電装置は、燃料電池であってもよい。 The power generation device may be a fuel cell.
この発明によれば、スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで降圧用スイッチング素子及び昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力するいわゆる同期スイッチング制御において、降圧状態と昇圧状態との切替りによる電圧変動を抑制することができる。その結果、DC/DCコンバータ装置の制御性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, in so-called synchronous switching control in which a drive signal is alternately output to a step-down switching element and a step-up switching element with a dead time between switching periods, switching between a step-down state and a step-up state is performed. Voltage fluctuation can be suppressed. As a result, the controllability of the DC / DC converter device can be improved.
1.全体的な構成の説明
[全体構成]
図1は、この発明の一実施形態に係るDC/DCコンバータ装置50を搭載した燃料電池車両10の概略全体構成図を示している。
1. Explanation of overall configuration [Overall configuration]
FIG. 1 shows a schematic overall configuration diagram of a
この燃料電池車両10は、基本的には、1次側1Sに1次電圧V1を発生する第1直流電源装置としてのバッテリ12と2次側2Sに2次電圧V2を発生する第2直流電源装置としての燃料電池(Fuel Cell)14とから構成されるハイブリッド直流電源装置と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ16とから構成される。
The
[燃料電池とそのシステム]
燃料電池14は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池14には、反応ガス供給部18が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部18は、一方の反応ガスである水素(燃料ガス)を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気(酸化剤ガス)を圧縮するコンプレッサを備えている。反応ガス供給部18から燃料電池14に供給された水素と空気の燃料電池14内での電気化学反応により生成された発電電流がダイオード13を介してモータ16とバッテリ12に供給される。
[Fuel cell and its system]
The
燃料電池システム11は、燃料電池14及び反応ガス供給部18とこれらを制御する燃料電池制御部(FC制御部)44とから構成される。
The
[DC/DCコンバータ]
DC/DCコンバータ20は、一方側が前記バッテリ12に接続され、他方側が燃料電池14とモータ16との接続点である2次側2Sに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。
[DC / DC converter]
The DC /
DC/DCコンバータ20は、1次電圧V1を2次電圧V2(V1≦V2)に電圧変換(昇圧変換)するとともに、2次電圧V2を1次電圧V1に電圧変換(降圧変換)する昇降圧型の電圧変換装置である。
The DC /
[インバータとモータ及びドライブ系]
インバータ22は、3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流に変換してモータ16に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後の直流を2次側2SからDC/DCコンバータ20を通じて1次側1Sに供給し、バッテリ12を充電等する。
[Inverter, motor and drive system]
The
モータ16は、トランスミッション24を通じて車輪26を回転する。なお、実際上、インバータ22とモータ16を併せて負荷23という。
The
[高圧バッテリ]
1次側1Sに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ12は、蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えばリチウムイオン2次電池又はキャパシタ等を利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。
[High voltage battery]
A
[各種センサ、メインスイッチ及び通信線]
メインスイッチ(電源スイッチ)34と各種センサ36が統括制御部40に接続される。メインスイッチ34は、燃料電池車両10及び燃料電池システム11をオン(起動又は始動)オフ(停止)するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ36は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線38としては、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等が使用される。
[Various sensors, main switches and communication lines]
A main switch (power switch) 34 and
[制御部]
通信線38に対して、統括制御部40、FC制御部44、モータ制御部46、コンバータ制御部48、及びバッテリ制御部52が相互に接続される。DC/DCコンバータ20と、このDC/DCコンバータ20を制御するコンバータ制御部48とによりDC/DCコンバータ装置50が形成される。
[Control unit]
The
各制御部40、44、46、48、52は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ34等の各種スイッチ及び各種センサ36の状態情報を検出するとともに制御部40、44、46、48、52同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報(指令等)を入力とし、各CPUがメモリ(ROM)に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部(機能実現手段)として動作する。制御部40、44、46、48、52は、CPU、メモリの他、必要に応じて、タイマ、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェースを有する。
Each
2.詳細な構成の説明
[DC/DCコンバータ装置]
図2は、DC/DCコンバータ20の詳細な構成を示している。DC/DCコンバータ20は、1次側1Sと2次側2Sとの間に配される相アームUAと、リアクトル90とから構成される。
2. Detailed configuration description [DC / DC converter device]
FIG. 2 shows a detailed configuration of the DC /
相アームUAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子81とダイオード83)と下アーム素子(下アームスイッチング素子82とダイオード84)とで構成される。
The phase arm UA includes an upper arm element (upper
上アームスイッチング素子81と下アームスイッチング素子82には、それぞれ例えばMOSFET又はIGBT等が採用される。
As the upper
リアクトル90は、相アームUAの中点(共通接続点)とバッテリ12の正極との間に挿入され、DC/DCコンバータ20により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。
上アームスイッチング素子81は、コンバータ制御部48から出力されるゲート駆動信号(駆動電圧)UHのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子82は、ゲートの駆動信号(駆動電圧)ULのハイレベルによりオンにされる。なお、コンバータ制御部48は、1次側の平滑コンデンサ94に並列に設けられた電圧センサ91により1次電圧V1を検出し、電流センサ101により1次電流I1を検出し、2次側の平滑コンデンサ96に並列に設けられた電圧センサ92により2次電圧V2を検出し、電流センサ102により2次電流I2を検出する。
The upper
図3は、本実施形態において、コンバータ制御部48が各駆動信号UH、ULを生成する流れを示す機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a flow in which the
コンバータ制御部48は、演算部120と、出力部122とを有する。これらの演算部120及び出力部122は、ハードウェア又はソフトウェアのいずれとして構成してもよい。
コンバータ制御部48は、いわゆる同期スイッチング制御を用いる。同期スイッチング制御は、各スイッチング周期Tsw[s]において、上アームスイッチング素子81及び下アームスイッチング素子82に駆動信号UH、ULを交互に出力する制御である(図4参照)。駆動信号UH、ULの出力の間には、短絡防止のためにデッドタイムdt[s]が設定される。このようにデッドタイムdtを設定する処理を以下では「デッドタイム設定処理」という。
The
演算部120は、1スイッチング周期Tswにおける駆動信号UH、ULの出力期間[s]を規定する目標デューティDUTtar[%]を演算する。
The
演算部120は、減算器130と、フィードバック項演算部132(以下「FB項演算部132」ともいう。)と、フィードフォワード項演算部134(以下「FF項演算部134」ともいう。)と、第1加算器138とを有する。
The
減算器130は、統括制御部40からの2次電圧V2の指令値(2次電圧指令値V2com)[V]と、電圧センサ92からの2次電圧V2との差ΔV2(=V2com−V2)[V]を算出してFB項演算部132に出力する。
The
FB項演算部132は、減算器130からの差ΔV2を用いたPID制御(比例・積分・微分制御)によりフィードバック項(以下「FB項」ともいう。)を演算する。
The FB
FF項演算部134は、電圧センサ91からの1次電圧V1と、統括制御部40からの2次電圧指令値V2comとの商V1/V2comであるフィードフォワード項(以下「FF項」ともいう。)を演算する。
The FF
第1加算器138は、FB項演算部132からのFB項と、FF項演算部134からのFF項とを加算し、その和を目標デューティDUTtarとして出力部122に出力する。
The
本実施形態における目標デューティDUTtarは、上アームスイッチング素子81の駆動デューティ、すなわち、1スイッチング周期Tsw[s]において上アームスイッチング素子81に対して駆動信号UHが出力される期間の割合(駆動信号UHがハイレベルとされる期間の割合)[%]を示す。1スイッチング周期Tswにおいて下アームスイッチング素子82に対して駆動信号ULが出力される期間の割合(駆動信号ULがハイレベルとされる期間の割合)は、100%から上アームスイッチング素子81の割合を引いたものとされる。
The target duty DUTtar in the present embodiment is the drive duty of the upper
出力部122は、演算部120からの目標デューティDUTtarと、電流センサ101からの1次電流I1とに基づいて駆動信号UH、ULを出力する。
The
[DC/DCコンバータ装置の動作]
次に、DC/DCコンバータ装置50の動作について説明する。
[Operation of DC / DC converter device]
Next, the operation of the DC /
(同期スイッチング制御)
上述の通り、DC/DCコンバータ装置50では、スイッチング周期Tsw毎に上アームスイッチング素子81(降圧用)及び下アームスイッチング素子82(昇圧用)に対して交互に駆動信号UH、ULを出力する同期スイッチング制御が用いられる。同期スイッチング制御では、上アームスイッチング素子81及び下アームスイッチング素子82に対して交互に駆動信号UH、ULが出力されるが、DC/DCコンバータ装置50が降圧中又は昇圧中であれば、上アームスイッチング素子81又は下アームスイッチング素子82の一方のみに電流が流れる(通流する)。
(Synchronous switching control)
As described above, in the DC /
すなわち、降圧動作(回生動作)に係る降圧チョッパ制御では、負荷23や燃料電池14から流れ出す2次電流I2がDC/DCコンバータ20を通過して1次電流I1としてバッテリ12を充電等する。昇圧動作(アシスト動作)に係る昇圧チョッパ制御では、バッテリ12から流れ出す1次電流I1がDC/DCコンバータ20を通過し2次電流I2としてモータ16を含む負荷23が駆動される。
That is, in the step-down chopper control related to the step-down operation (regeneration operation), the secondary current I2 flowing out from the
降圧チョッパ制御では、まず、駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81のみが通流している期間には、2次電流I2が上アームスイッチング素子81を通じてリアクトル90に1次電流I1として流れ、リアクトル90にエネルギが蓄積されるとともに、バッテリ12に充電される。
In the step-down chopper control, first, during the period in which only the upper
次に、駆動信号ULのみがハイレベルとなっている期間には、当該下アームスイッチング素子82は通流せず、ダイオード84が導通してリアクトル90に蓄積されているエネルギが放出され、バッテリ12に充電される。
Next, during the period when only the drive signal UL is at a high level, the lower
昇圧チョッパ制御では、まず、駆動信号ULのみがハイレベルとされている期間には、バッテリ12からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。なお、このとき、2次側の平滑コンデンサ96から負荷23に電流が供給されている。
In the step-up chopper control, first, energy is accumulated in the
次に、駆動信号UHのみがハイレベルとされている期間には、当該上アームスイッチング素子81は通流せず、ダイオード83が導通してリアクトル90に蓄積されているエネルギが放出され、リアクトル90からの1次電流I1がDC/DCコンバータ20を通過し、2次電流I2として2次側の平滑コンデンサ96を充電するとともに、負荷23に供給される。
Next, during the period when only the drive signal UH is at the high level, the upper
1スイッチング周期Tswにおいて1次電流I1がゼロアンペアを跨ぐゼロアンペア跨ぎ状態では、上述した降圧状態と昇圧状態の両方が現れる。 In the zero ampere crossing state in which the primary current I1 crosses zero ampere in one switching cycle Tsw, both the step-down state and the step-up state described above appear.
上述の通り、同期スイッチング制御では、上アームスイッチング素子81と下アームスイッチング素子82が同時に通流して短絡することを防ぐため、駆動信号UHを出力する期間(上アーム駆動期間Tud)と駆動信号ULを出力する期間(下アーム駆動期間Tld)との間にはデッドタイムdtが割り付けられる。デッドタイムdtの割付方法については後述する。
As described above, in the synchronous switching control, in order to prevent the upper
(出力部122での処理)
同期スイッチング制御で用いられる目標デューティDUTtarは、演算部120において、2次電圧V2、2次電圧指令値V2com及び1次電圧V1に基づいて演算され、出力部122に送信される。
(Processing in the output unit 122)
The target duty DUTtar used in the synchronous switching control is calculated based on the secondary voltage V2, the secondary voltage command value V2com, and the primary voltage V1 in the
図4に示すように、出力部122は、まず、目標デューティDUTtarに対応する期間としての上アーム目標駆動期間Tud_tar[s]と、スイッチング周期Tswから上アーム目標駆動期間Tud_tarを引いた期間(下アーム目標駆動期間Tld_tar)[s]を演算する。そして、1次電流I1に応じて、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarの少なくとも一方に2箇所のデッドタイムdtを割り付ける。これにより、上アームスイッチング素子81に駆動信号UHを実際に出力する期間である上アーム駆動期間Tud[s]と、下アームスイッチング素子82に駆動信号ULを実際に出力する期間である下アーム駆動期間Tldとを決定する。そして、出力部122は、上アーム駆動期間Tudに応じて駆動信号UHを出力し、下アーム駆動期間Tldに応じて駆動信号ULを出力する。
As shown in FIG. 4, the
(デッドタイムdtの割付方法)
上述のように、出力部122は、上アーム駆動期間Tudと下アーム駆動期間Tldの間(上アーム駆動期間Tudから下アーム駆動期間Tldへと移行する際、及び下アーム駆動期間Tldから上アーム駆動期間Tudへと移行する際)にデッドタイムdtを割り付ける。ここで、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarのそれぞれにデッドタイムdtを割り付けると、上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tldはそれぞれデッドタイムdtの分だけ、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarよりも短くなる。その結果、2次電圧指令値V2comと2次電圧V2との間には、誤差が生じるおそれがある。
(Dead time dt allocation method)
As described above, the
そこで、本実施形態では、以下に述べるように、DC/DCコンバータ装置50が、昇圧中、ゼロアンペア跨ぎ中及び降圧中のいずれであるかに応じて、デッドタイムdtを割り付けることで上記のような誤差が生じる可能性を低減している。
Therefore, in the present embodiment, as described below, the DC /
図4には、目標デューティDUTtarと、昇圧中、ゼロアンペア跨ぎ中及び降圧中それぞれにおけるデッドタイムdtの割付方法を説明するタイムチャートが示されている。 FIG. 4 shows a time chart for explaining the target duty DUTtar and a method of assigning the dead time dt during boosting, crossing zero amperes and during stepping down.
図5の1次電流I1aのように、1次電流I1の極性がスイッチング周期Tswの間、常に負であり、DC/DCコンバータ装置50が降圧(回生)中である場合、出力部122は、2箇所のデッドタイムdtを全て下アーム目標駆動期間Tld_tarに割り付ける。これにより、下アーム駆動期間Tldは、下アーム目標駆動期間Tld_tarから2箇所のデッドタイムdtを差し引いた長さとなる(Tld=Tld_tar―dt×2)。一方、上アーム目標駆動期間Tud_tarと上アーム駆動期間Tudは等しい長さとなる(Tud=Tud_tar)。
When the polarity of the primary current I1 is always negative during the switching period Tsw and the DC /
図5の1次電流I1bのように、1次電流I1がスイッチング周期Tswの間にゼロアンペアを跨ぐゼロアンペア跨ぎ中である場合、出力部122は、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarそれぞれにデッドタイムdtを割り付ける。これにより、上アーム駆動期間Tudは、上アーム目標駆動期間Tud_tarから1箇所のデッドタイムdtを差し引いた長さとなり(Tud=Tud_tar―dt)、下アーム駆動期間Tldは、下アーム目標駆動期間Tld_tarとから1箇所のデッドタイムdtを差し引いた長さとなる(Tld=Tld_tar―dt)。
When the primary current I1 is in the zero ampere spanning the zero ampere during the switching period Tsw as in the primary current I1b in FIG. 5, the
図5の1次電流I1cのように、1次電流I1の極性がスイッチング周期Tswの間、常に正であり、DC/DCコンバータ装置50が昇圧(アシスト)中である場合、出力部122は、2箇所のデッドタイムdtを全て上アーム目標駆動期間Tud_tarに割り付ける。これにより、上アーム駆動期間Tudは、上アーム目標駆動期間Tud_tarから2箇所のデッドタイムdtを差し引いた長さとなる(Tud=Tud_tar―dt×2)。一方、下アーム目標駆動期間Tld_tarと下アーム駆動期間Tldは等しい長さとなる(Tld_tar=Tld)。
When the polarity of the primary current I1 is always positive during the switching cycle Tsw and the DC /
図6には、本実施形態において、デッドタイムdtを割り付けるフローチャートが示されている。ステップS1において、出力部122は、1次電流I1のピーク値I1pk[A]がゼロアンペア未満であるかどうかを判定する。ピーク値I1pkがゼロアンペア未満である場合(S1:YES)、降圧中であると判定可能である。そこで、ステップS2において、出力部122は、デッドタイムdtを全て駆動信号ULの出力(下アーム目標駆動期間Tld_tar)に割り付ける。ピーク値I1pkがゼロアンペア以上である場合(S1:NO)、ステップS3に進む。
FIG. 6 shows a flowchart for assigning the dead time dt in the present embodiment. In step S1, the
ステップS3において、出力部122は、1次電流I1のボトム値I1btm[A]がゼロアンペアを超えているかどうかを判定する。ボトム値I1btmがゼロアンペアを超えている場合(S3:YES)、昇圧中であると判定可能である。そこで、ステップS4において、出力部122は、デッドタイムdtを全て駆動信号UHの出力(上アーム目標駆動期間Tud_tar)に割り付ける。ボトム値I1btmがゼロアンペア以下である場合(S3:NO)、ゼロアンペア跨ぎ中であると判定可能である。そこで、ステップS5において、出力部122は、デッドタイムdtを駆動信号UH、ULの出力(上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tld)の両方に均等に割り付ける。
In step S3, the
[本実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態によれば、降圧状態のみである場合と判断したとき、駆動信号ULの出力期間(下アーム目標駆動期間Tld_tar)にデッドタイムdtを全て割り付け、昇圧状態のみである場合と判断したとき、駆動信号UHの出力期間(上アーム目標駆動期間Tud_tar)にデッドタイムdtを全て割り付け、ゼロアンペア跨ぎ状態であると判断したとき、駆動信号UHの出力期間(上アーム目標駆動期間Tud_tar)と、駆動信号ULの出力期間(下アーム目標駆動期間Tld_tar)との両方にデッドタイムdtを割り付ける。これにより、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarの少なくとも一方に対してデッドタイムdtを割り付けることによる影響を軽減することができる。従って、同期スイッチング制御において、昇圧状態と降圧状態との切替りによる電圧変動を抑制することができる。その結果、DC/DCコンバータ装置50の制御性を向上させることが可能となる。
[Effect of this embodiment]
As described above, according to the present embodiment, when it is determined that only the step-down state is present, the dead time dt is allotted to the output period of the drive signal UL (lower arm target drive period Tld_tar), and only in the step-up state. When it is determined that there is a case, the dead time dt is allotted to the output period of the drive signal UH (upper arm target drive period Tud_tar), and when it is determined that it is in the zero ampere crossing state, The dead time dt is assigned to both the drive period Tud_tar) and the output period of the drive signal UL (lower arm target drive period Tld_tar). Thereby, the influence by assigning the dead time dt to at least one of the upper arm target drive period Tud_tar and the lower arm target drive period Tld_tar can be reduced. Therefore, voltage fluctuation due to switching between the step-up state and the step-down state can be suppressed in the synchronous switching control. As a result, the controllability of the DC /
上記実施形態では、DC/DCコンバータ装置50の1次側1Sにバッテリ12が接続され、2次側2Sには燃料電池14及びモータ16が接続される。この構成によれば、燃料電池14のスタックの劣化を抑制すると共に、燃料電池14を発電装置として用いる燃料電池車両10を効率化することが可能となる。
In the above embodiment, the
すなわち、一般的な燃料電池の電流−電圧特性では、電流が減少するほど電圧が増加する(反対に、電圧が減少するほど電流が増加する)。また、燃料電池を発電装置として用いる場合、当該発電装置の要求出力に応じた量の反応ガスが燃料電池に供給される必要がある。しかし、燃料電池に供給される反応ガスの量が、要求出力に応じた量に満たない場合(例えば、燃料電池の電圧が目標値よりも低い場合)、反応ガスの反応によって生じる電流に加え、燃料電池のスタック自体から電流が引き出され、当該スタックが劣化してしまう。本実施形態に係るDC/DCコンバータ装置50を用いれば、昇圧状態と降圧状態との切替りに伴う電圧変動を抑制可能となる。このため、昇圧状態と降圧状態の切替りが起こっても、燃料電池14の電圧が目標値よりも低くなることを避けることができ、スタックの劣化を抑制することが可能となる。
That is, in the current-voltage characteristics of a general fuel cell, the voltage increases as the current decreases (in contrast, the current increases as the voltage decreases). Further, when a fuel cell is used as a power generation device, it is necessary to supply an amount of reaction gas corresponding to the required output of the power generation device to the fuel cell. However, when the amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is less than the amount corresponding to the required output (for example, when the voltage of the fuel cell is lower than the target value), in addition to the current generated by the reaction of the reaction gas, Current is drawn from the fuel cell stack itself, which degrades the stack. If the DC /
加えて、上記のようなスタックの劣化を抑制するため、実際に必要な反応ガスの量にマージンを加えた量の反応ガスを供給する場合、DC/DCコンバータ装置50では、昇圧状態と降圧状態の切替りに伴う電圧変動が抑制されるため、前記マージンを低く設定することが可能となる。その結果、燃料電池14を発電装置として用いる燃料電池車両10を効率化することが可能となる。
In addition, in order to suppress the deterioration of the stack as described above, in the case of supplying an amount of reaction gas in which an amount of reaction gas actually required is added with a margin, in the DC /
3.変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
3. Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification. For example, the following configuration can be adopted.
[搭載対象]
上記実施形態では、DC/DCコンバータ装置50を燃料電池車両10に搭載したが、これに限られず、別の対象に搭載してもよい。例えば、DC/DCコンバータ装置50を船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、DC/DCコンバータ装置50を家庭用電力システムに適用してもよい。
[Target]
In the above embodiment, the DC /
[DC/DCコンバータ]
上記実施形態では、上アームスイッチング素子81及び下アームスイッチング素子82の数をそれぞれ1つとしたが、これに限られず、2つ以上としてもよい。
[DC / DC converter]
In the above embodiment, the number of the upper
[目標デューティ]
上記実施形態では、目標デューティDUTtarは、直接的には、上アーム目標駆動期間Tud_tarに対応するものであり、演算部120が、上アームスイッチング素子81に対して駆動信号UHを出力する期間として演算したものであったが、これに限られず、下アーム目標駆動期間Tld_tarに対応するものとしてもよい。
[Target duty]
In the above embodiment, the target duty DUTtar directly corresponds to the upper arm target drive period Tud_tar, and is calculated as a period during which the
[出力部]
(1)デッドタイムdtの割付方法
上記実施形態では、DC/DCコンバータ装置50の動作状態を、降圧状態、ゼロアンペア跨ぎ状態及び昇圧状態の3つの状態に分けてデッドタイムdtの割付けを行ったが、これに限られない。
[Output section]
(1) Dead Time dt Assignment Method In the above embodiment, the dead time dt is assigned by dividing the operation state of the DC /
図7は、第1変形例のタイムチャートである。第1変形例は、上記実施形態と基本的に同じであるが、DC/DCコンバータ装置50の動作状態を、昇圧状態、昇圧−ゼロアンペア(0A)移行状態、大振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態、小振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態、降圧−ゼロアンペア(0A)移行状態及び降圧状態の6つの状態に分けてデッドタイムdtの割付けを行う。第1変形例では、上記6つの状態を、1次電流I1のピーク値I1pk、ボトム値I1btm、正の電流閾値THmax[A]及び負の電流閾値THmin[A]とを用いて判定する。そして、判定した状態に基づいてデッドタイムdtの割付けを行う。正の電流閾値THmax及び負の電流閾値THminは、DC/DCコンバータ20の動作状態{降圧(回生)、昇圧(アシスト)、又はゼロアンペア跨ぎ}を判定できるような値に設定される。
FIG. 7 is a time chart of the first modification. The first modified example is basically the same as the above embodiment, but the operation state of the DC /
図8は、1次電流I1とデッドタイムdtの割付比率Pdtとの関係を示す。図9A、図9B及び図9Cは、昇圧−ゼロアンペア(0A)移行状態、小振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態及び降圧−ゼロアンペア(0A)移行状態における1次電流I1と割付比率Pdtとの関係を示す。図10A、図10B及び図10Cは、昇圧−ゼロアンペア(0A)移行状態、小振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態及び降圧−ゼロアンペア(0A)移行状態において割付比率Pdtを設定する場合の説明図である。図11は、デッドタイムdtを割り付ける説明図である。 FIG. 8 shows the relationship between the primary current I1 and the dead time dt allocation ratio Pdt. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C show the relationship between the primary current I1 and the allocation ratio Pdt in the boost-zero ampere (0A) transition state, the small amplitude zero ampere (0A) crossing state, and the step-down-zero ampere (0A) transition state. Show the relationship. FIGS. 10A, 10B, and 10C are explanatory diagrams when setting the allocation ratio Pdt in the step-up to zero ampere (0A) transition state, the small amplitude zero ampere (0A) crossing state, and the step-down to zero ampere (0A) transition state. It is. FIG. 11 is an explanatory diagram for assigning the dead time dt.
図8の1次電流I1dのように、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmのいずれも負の電流閾値THmin未満である場合(I1btm、I1pk<THmin)、すなわち、1スイッチング周期Tsw全体において1次電流I1の極性が負であるとき、デッドタイムdtを全て駆動信号ULの出力(下アーム目標駆動期間Tld_tar)に割り付ける。すなわち、デッドタイムdtの割付比率Pdt[%]をゼロに設定する。 As in the case of the primary current I1d in FIG. 8, when both the peak value I1pk and the bottom value I1btm are less than the negative current threshold THmin (I1btm, I1pk <THmin), that is, the primary current I1 over the entire switching period Tsw. Is negative, the dead time dt is all assigned to the output of the drive signal UL (lower arm target drive period Tld_tar). That is, the dead time dt allocation ratio Pdt [%] is set to zero.
割付比率Pdtは、1スイッチング周期Tswにおける全てのデッドタイムdt(2箇所のデッドタイムdtの合計)を1(100[%])としたとき、どれだけの割合を上アーム目標駆動期間Tud_tarに割り付けるかを示すものであり、この割付比率Pdtを用いて、図11に示すようにデッドタイムdtを割り付ける。 The allocation ratio Pdt is allocated to the upper arm target drive period Tud_tar when all dead times dt in one switching cycle Tsw (total of two dead times dt) are set to 1 (100 [%]). Using this allocation ratio Pdt, a dead time dt is allocated as shown in FIG.
例えば、割付比率Pdtが50[%]である場合、上アーム目標駆動期間Tud_tar及び下アーム目標駆動期間Tld_tarそれぞれにデッドタイムdtを均等に(0.5ずつ)割り付ける。また、割付比率Pdtが60[%]である場合、デッドタイムdtの60[%]を上アーム目標駆動期間Tudに、残りの40[%]を下アーム駆動期間Tldに割り付ける。この場合、1箇所のデッドタイムdtの長さ自体は全体の0.5(50[%])で固定されている。このため、下アーム駆動期間Tldから上アーム駆動期間Tudに移行する際に上アーム目標駆動期間Tud_tarに割り付けられるデッドタイムdtは0.5であり、上アーム駆動期間Tudから下アーム駆動期間Tldに移行する際のデッドタイムdt(全体の0.5)の0.2(全体の0.1)が上アーム目標駆動期間Tud_tarに割り付けられる。 For example, when the allocation ratio Pdt is 50 [%], the dead time dt is allocated equally (in increments of 0.5) to the upper arm target drive period Tud_tar and the lower arm target drive period Tld_tar. When the allocation ratio Pdt is 60 [%], 60 [%] of the dead time dt is allocated to the upper arm target drive period Tud, and the remaining 40 [%] is allocated to the lower arm drive period Tld. In this case, the length of one dead time dt itself is fixed to 0.5 (50 [%]) of the whole. For this reason, the dead time dt allocated to the upper arm target drive period Tud_tar when the lower arm drive period Tld is shifted to the upper arm drive period Tud is 0.5, and the upper arm drive period Tud is changed to the lower arm drive period Tld. 0.2 (total 0.1) of the dead time dt (total 0.5) at the time of transition is allocated to the upper arm target drive period Tud_tar.
図8の1次電流I1eのように、ピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxと負の電流閾値THminの間にあり、ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であるとき(I1btm<THmin≦I1pk≦THmax)(以下、この状態を「降圧−ゼロアンペア(0A)移行状態」という。)、ピーク値I1pkと図9Aに示すテーブルTBLpkの割付特性Cpkに基づいて割付比率Pdt[%]を決定する。テーブルTBLpkの割付特性Cpkでは、ピーク値I1pkが増加するに連れて、割付比率Pdtがゼロ[%]から50[%]まで増加する。 When the peak value I1pk is between the positive current threshold THmax and the negative current threshold THmin and the bottom value I1btm is less than the negative current threshold THmin as in the primary current I1e of FIG. 8 (I1btm <THmin ≦ I1pk). ≦ THmax) (hereinafter, this state is referred to as “step-down to zero ampere (0A) transition state”), the allocation ratio Pdt [%] is determined based on the peak value I1pk and the allocation characteristic Cpk of the table TBLpk shown in FIG. 9A. . In the allocation characteristic Cpk of the table TBLpk, the allocation ratio Pdt increases from zero [%] to 50 [%] as the peak value I1pk increases.
図8の1次電流I1fのように、ピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超え(I1pk>THmax)、且つボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であるとき(I1btm<THmin)(以下、この状態を「大振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態」という。)、割付比率Pdtを50[%]に設定する。 When the peak value I1pk exceeds the positive current threshold THmax (I1pk> THmax) and the bottom value I1btm is less than the negative current threshold THmin (I1btm <THmin) (hereinafter, referred to as the primary current I1f in FIG. 8). This state is referred to as a “large amplitude zero ampere (0A) straddling state”), and the allocation ratio Pdt is set to 50 [%].
図8の1次電流I1gのように、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmが正の電流閾値THmaxと負の電流閾値THminの間にあるとき(THmin≦I1btm、I1pk≦THmax)(以下、この状態を「小振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態」という。)、1次電流I1の平均値(ここでは、ピーク値I1pk及びボトムI1btmの平均値I1ave[A])と図9Bに示すテーブルTBLaveの割付特性Caveを用いて割付比率Pdtを設定する。テーブルTBLaveの割付特性Caveでは、平均値I1aveが増加するに連れて、割付比率Pdtがゼロ[%]から100[%]まで増加する。 When the peak value I1pk and the bottom value I1btm are between the positive current threshold value THmax and the negative current threshold value THmin (THmin ≦ I1btm, I1pk ≦ THmax) as in the primary current I1g in FIG. (Referred to as “small amplitude zero ampere (0A) straddling state”)) The average value of the primary current I1 (here, the average value I1ave [A] of the peak value I1pk and the bottom I1btm) and the allocation characteristics of the table TBAVE shown in FIG. 9B The allocation ratio Pdt is set using Cave. In the allocation characteristic Cave of the table TBAVE, the allocation ratio Pdt increases from zero [%] to 100 [%] as the average value I1ave increases.
図8の1次電流I1hのように、ボトム値I1btmが正の電流閾値THmaxと負の電流閾値THminの間にあり、ピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超えるとき(THmin≦I1btm≦THmax<I1pk)(以下、この状態を「昇圧−ゼロアンペア(0A)移行状態」という。)、ボトム値I1btmと図9CのテーブルTBLbtmの割付特性Cbtmを用いて割付比率Pbtmを設定する。テーブルTBLbtmの割付特性Cbtmでは、ボトム値I1btmが増加するに連れて、割付比率Pdtが50[%]から100[%]まで増加する。 When the bottom value I1btm is between the positive current threshold THmax and the negative current threshold THmin and the peak value I1pk exceeds the positive current threshold THmax (THmin ≦ I1btm ≦ THmax <) as in the primary current I1h in FIG. I1pk) (hereinafter, this state is referred to as “boost-zero ampere (0A) transition state”), the bottom value I1btm and the allocation characteristic Cbtm of the table TBLbtm of FIG. 9C are used to set the allocation ratio Pbtm. In the allocation characteristic Cbtm of the table TBLbtm, the allocation ratio Pdt increases from 50 [%] to 100 [%] as the bottom value I1btm increases.
図8の1次電流I1iのように、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmのいずれも正の電流閾値THmaxを超える場合(I1btm、I1pk>THmax)、デッドタイムdtの全てを駆動信号UHの出力(上アーム目標駆動期間Tud_tar)に割り付ける。すなわち、割付比率Pdtを100[%]に設定する。 When both the peak value I1pk and the bottom value I1btm exceed the positive current threshold THmax (I1btm, I1pk> THmax) as in the primary current I1i in FIG. 8, all of the dead time dt is output from the drive signal UH (upper Assigned to the arm target drive period Tud_tar). That is, the allocation ratio Pdt is set to 100 [%].
図11では、上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tldの前にデッドタイムdtを配置することを通常とし、割付比率Pdtを変化させたときは、上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tldの後ろ側にもデッドタイムdtを配置した。しかし、これに限られず、図12に示すように、上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tldの後ろ側にデッドタイムdtを配置することを通常とし、割付比率Pdtを変化させたときは、上アーム駆動期間Tud及び下アーム駆動期間Tldの前側にもデッドタイムdtを配置するように構成することもできる。 In FIG. 11, it is normal to arrange the dead time dt before the upper arm driving period Tud and the lower arm driving period Tld, and when the allocation ratio Pdt is changed, the upper arm driving period Tud and the lower arm driving period Tld. The dead time dt is also arranged on the back side of the. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 12, when the dead time dt is normally arranged behind the upper arm driving period Tud and the lower arm driving period Tld, and the allocation ratio Pdt is changed, The dead time dt can also be arranged in front of the upper arm driving period Tud and the lower arm driving period Tld.
図13は、図7〜図11に示した第1変形例においてデッドタイムdtの割付比率Pdtを決定するフローチャートである。ステップS11において、出力部122は、1次電流I1のピーク値I1pkが負の電流閾値THmin未満であるかどうか(I1pk<THmin)を判定する。ピーク値I1pkが負の電流閾値THmin未満である場合(S1:YES)、DC/DCコンバータ20は、降圧(回生)状態である。そこで、ステップS12において、出力部122は、割付比率Pdtをゼロ[%]に設定し、全てのデッドタイムdtを下アーム目標駆動期間Tld_tarに割り付ける。ピーク値I1pkが負の電流閾値THmin以上である場合(S11:NO)、ステップS13に進む。
FIG. 13 is a flowchart for determining the allocation ratio Pdt of the dead time dt in the first modification shown in FIGS. In step S11, the
ステップS13において、出力部122は、ボトム値I1btmが正の電流閾値THmaxを超えているかどうか(I1btm>THmax)を判定する。ボトム値I1btmが正の電流閾値THmaxを超えている場合(S13:YES)、DC/DCコンバータ20は、昇圧(アシスト)状態である。そこで、ステップS14において、出力部122は、割付比率Pdtを100[%]に設定し、すべてのデッドタイムdtを上アーム目標駆動期間Tud_tarに割り付ける。ボトム値I1btmが正の電流閾値THmax以下である場合(S13:NO)、ステップS15に進む。
In step S13,
ステップS15において、出力部122は、ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であり(I1btm<THmin)且つピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超えているかどうか(I1pk>THmax)を判定する。ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であり且つピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超えている場合(S15:YES)、大振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態である。そこで、ステップS16において、出力部122は、割付比率Pdtを50[%]に設定する。ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin以上である場合又はピーク値I1pkが正の電流閾値THmax以下である場合(S15:NO)、ステップS17に進む。
In step S15, the
ステップS17において、出力部122は、ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であり(I1btm<THmin)且つピーク値I1pkが負の電流閾値THmin以上正の電流閾値THmax以下であるかどうか(THmin≦I1pk≦THmax)を判定する。ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin未満であり且つピーク値I1pkが負の電流閾値THmin以上正の電流閾値THmax以下である場合(S17:YES)、降圧−ゼロアンペア(0A)移行状態である。そこで、ステップS18において、出力部122は、ピーク値I1pkとテーブルTBLpkの割付特性Cpk(図9A)とを用いて割付比率Pdtを設定する。ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin以上である場合又はピーク値I1pkが負の電流閾値THmin未満又は正の電流閾値THmaxを超えている場合(S17:NO)、ステップS19に進む。
In step S17, the
ステップS19において、出力部122は、ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin以上正の電流閾値THmax以下であるかどうか(THmin≦I1btm≦THmax)及びピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超えているかどうか(I1pk>THmax)を判定する。ボトム値I1btmが負の電流閾値THmin以上正の電流閾値THmax以下であり、ピーク値I1pkが正の電流閾値THmaxを超えている場合(S19:YES)、昇圧−ゼロアンペア(0A)移行状態である。そこで、ステップS20において、出力部122は、ボトム値I1btmと割付特性Cbtm(図9C)を用いて割付比率Pdtを設定する。ピーク値I1pkが正の電流閾値THmax以下である場合(S19:NO)、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmは、負の電流閾値THmin以上正の電流閾値THmax以下となる、すなわち、小振幅ゼロアンペア(0A)跨ぎ状態である。そこで、ステップS21において、出力部122は、ピーク値I1pkとボトム値I1btmの平均値I1aveとテーブルTBLaveの割付特性Cave(図9B)とを用いて割付比率Pdtを設定する。
In step S19, the
以上のように、第1変形例では、1次電流I1の値がゼロアンペア付近にあるとき、デッドタイムdtの割付比率Pdtを徐々に切り替え、駆動信号UH、ULの出力が急激に変化することを抑えることで、DC/DCコンバータ装置50の制御性を改善することができる。
As described above, in the first modification, when the value of the primary current I1 is in the vicinity of zero ampere, the allocation ratio Pdt of the dead time dt is gradually switched, and the outputs of the drive signals UH and UL change rapidly. By suppressing this, the controllability of the DC /
(2)フィルタ処理
図14A、図14B及び図14Cは、第2変形例における1次電流I1と割付比率Pdtとの関係の説明図である。第2変形例は、基本的に、上記第1変形例と同じであるが、ピーク値I1pk、ボトム値I1btm及び平均値I1aveに対して、その値の変化を制限するフィルタ処理を行った上で割付比率Pdtを決定する点で異なる。フィルタ処理としては、例えば、一次遅れ処理や平均化処理がある。第2変形例によれば、割付比率Pdtの変化を制限し、1次電流I1が過度に変動することを抑制することが可能となる。
(2) Filter Processing FIGS. 14A, 14B, and 14C are explanatory diagrams of the relationship between the primary current I1 and the allocation ratio Pdt in the second modification. The second modified example is basically the same as the first modified example, except that the peak value I1pk, the bottom value I1btm, and the average value I1ave are subjected to filter processing that restricts changes in the values. The difference is that the allocation ratio Pdt is determined. Examples of filter processing include first-order lag processing and averaging processing. According to the second modification, it is possible to limit the change in the allocation ratio Pdt and suppress the primary current I1 from fluctuating excessively.
図15A、図15B及び図15Cは、第3変形例における1次電流I1と割付比率Pdtとの関係の説明図である。第3変形例は、基本的に、上記第1変形例と同じであるが、ピーク値I1pk、ボトム値I1btm又は平均値I1aveから決定した割付比率Pdtに対して、その値の変化を制限するフィルタ処理を行い、フィルタ処理後割付比率Pdt2を決定する点で異なる。フィルタ処理としては、例えば、一次遅れ処理や平均化処理がある。第3変形例によれば、割付比率Pdtの変化を制限し、1次電流I1が過度に変動することを抑制することが可能となる。 FIG. 15A, FIG. 15B, and FIG. 15C are explanatory diagrams of the relationship between the primary current I1 and the allocation ratio Pdt in the third modification. The third modified example is basically the same as the first modified example, but a filter that restricts the change in the allocation ratio Pdt determined from the peak value I1pk, the bottom value I1btm, or the average value I1ave. The processing is different and the post-filter processing allocation ratio Pdt2 is determined. Examples of filter processing include first-order lag processing and averaging processing. According to the third modification, it is possible to limit the change in the allocation ratio Pdt and suppress the primary current I1 from fluctuating excessively.
上記実施形態、第1変形例、第2変形例及び第3変形例では、ピーク値I1pk、ボトム値I1btm及び平均値I1aveを用いて割付比率Pdtを決定したが、これに限られない。例えば、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmは、それぞれの移動平均値を用いてもよい。また、ピーク値I1pk及びボトム値I1btmの平均値I1aveの代わりに、各スイッチング周期Tsw全体での1次電流I1の平均値(全ての値の平均値)を用いてもよい。 In the embodiment, the first modified example, the second modified example, and the third modified example, the allocation ratio Pdt is determined using the peak value I1pk, the bottom value I1btm, and the average value I1ave, but is not limited thereto. For example, as the peak value I1pk and the bottom value I1btm, respective moving average values may be used. Further, instead of the average value I1ave of the peak value I1pk and the bottom value I1btm, an average value (average value of all values) of the primary current I1 in each switching cycle Tsw may be used.
12…バッテリ(蓄電装置) 14…燃料電池
16…モータ 48…コンバータ制御部(制御部)
50…DC/DCコンバータ装置 81…上アームスイッチング素子
82…下アームスイッチング素子 90…リアクトル
101、102…電流センサ 120…演算部
122…出力部 dt…デッドタイム
DUTtar…目標デューティ I1、I1a〜I1i…1次電流
I1ave…1次電流の平均値 I1btm…1次電流のボトム値
I1pk…1次電流のピーク値 Pdt…デッドタイムの割付比率
THmax…正の電流閾値 THmin…負の電流閾値
Tld…下アーム駆動期間 Tld_tar…下アーム目標駆動期間
Tsw…スイッチング周期 Tud…上アーム駆動期間
Tud_tar…上アーム目標駆動期間 UH、UL…駆動信号
1S…1次側 2S…2次側
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
昇圧用スイッチング素子と、
リアクトルと、
スイッチング周期毎にデッドタイムを挟んで前記降圧用スイッチング素子及び前記昇圧用スイッチング素子に対して交互に駆動信号を出力する制御部と
を備えるチョッパ型のDC/DCコンバータ装置であって、
前記制御部は、
前記DC/DCコンバータ装置が、各スイッチング周期全体において、降圧状態のみである場合、昇圧状態のみである場合、又は前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合のいずれであるかを、前記リアクトルが配置された1次側の電流に基づいて判別し、
前記降圧状態のみである場合と判断したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、
前記昇圧状態のみである場合と判断したとき、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、
前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合と判断したとき、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に前記デッドタイムを割り付け、
さらに、前記制御部は、
各スイッチング周期における前記1次側の電流のピーク値及びボトム値を検出し、
前記降圧状態のみである場合、前記昇圧状態のみである場合、又は前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合のいずれであるかを、前記ピーク値及び前記ボトム値に基づいて判別し、
さらにまた、前記制御部は、
前記降圧状態及び前記昇圧状態を判定するための前記1次側の電流の上限閾値及び下限閾値を予め設定し、
前記ピーク値が前記下限閾値以下のときは、前記降圧状態のみであると判断し、前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、
前記ボトム値が前記上限閾値以上のときは、前記昇圧状態のみであると判断し、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間に前記デッドタイムを全て割り付け、
前記ボトム値が前記下限閾値以下且つ前記ピーク値が前記上限閾値以上のときは、前記降圧状態及び前記昇圧状態の両方が現れる場合と判断し、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に前記デッドタイムを均等に割り付け、
前記ピーク値及び前記ボトム値の一方又は両方が前記下限閾値と前記上限閾値との間にあるときは、前記降圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間と前記昇圧用スイッチング素子に対する前記駆動信号の出力期間との両方に対し、前記ピーク値及び前記ボトム値に応じた割付比率で前記デッドタイムを割り付ける
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 A step-down switching element;
A step-up switching element;
Reactor,
A chopper type DC / DC converter device comprising: a step-down switching element and a control unit that alternately outputs a drive signal to the step-up switching element across a dead time for each switching period,
The controller is
Whether the DC / DC converter device is in the step-down state only, in the step-up state only, or in the case where both the step-down state and the step-up state appear in each switching cycle. Is determined based on the current on the primary side where
When determining that it is only the step-down state, the dead time is allotted to the output period of the drive signal to the step-up switching element,
When determining that only the step-up state, the dead time is allotted to the output period of the drive signal to the step-down switching element,
When it is determined that both the step-down state and the step-up state appear, the dead time both in the output period of the drive signal to the step-up switching element and in the output period of the drive signal to the step-down switching element Assigned ,
Furthermore, the control unit
Detecting a peak value and a bottom value of the current on the primary side in each switching period;
Whether it is only the step-down state, only the step-up state, or when both the step-down state and the step-up state appear is determined based on the peak value and the bottom value,
Furthermore, the control unit
An upper limit threshold and a lower limit threshold of the primary side current for determining the step-down state and the step-up state are preset,
When the peak value is less than or equal to the lower limit threshold, it is determined that the step-down state is only, and the dead time is allotted to the output period of the drive signal to the step-up switching element,
When the bottom value is greater than or equal to the upper limit threshold, it is determined that only the step-up state, and the dead time is allotted to the output period of the drive signal to the step-down switching element,
When the bottom value is less than or equal to the lower limit threshold and the peak value is greater than or equal to the upper limit threshold, it is determined that both the step-down state and the step-up state appear, and the output period of the drive signal to the step-down switching element The dead time is equally allocated to both the output period of the drive signal to the boosting switching element,
When one or both of the peak value and the bottom value are between the lower limit threshold and the upper limit threshold, the output period of the drive signal to the step-down switching element and the drive signal to the step-up switching element The DC / DC converter device , wherein the dead time is allocated to both the output period and the allocation ratio according to the peak value and the bottom value .
前記制御部は、前記割付比率の変化を制限するフィルタ処理を行う
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1 , wherein
The DC / DC converter device, wherein the control unit performs a filtering process for limiting a change in the allocation ratio.
前記制御部は、前記ピーク値及び前記ボトム値の少なくとも一方に対して、その変化を制限するフィルタ処理を行う
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1 or 2 ,
The DC / DC converter device, wherein the control unit performs a filter process for limiting a change in at least one of the peak value and the bottom value.
前記1次側には蓄電装置が接続され、2次側には発電装置及びモータが接続される
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 In the DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 3 ,
A DC / DC converter device, wherein a power storage device is connected to the primary side, and a power generation device and a motor are connected to the secondary side.
前記発電装置は、燃料電池である
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 4 ,
The power generation device is a fuel cell.
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