JP6223609B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents
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Description
上記制御装置は、第1演算手段と第2演算手段と開閉制御手段とを有し、上記第1演算手段は上記高圧側の電圧指令値である高圧側電圧指令値と上記高圧側の電圧の検出値である高圧側電圧検出値との差電圧または上記低圧側の電圧指令値である低圧側電圧指令値と上記低圧側の電圧の検出値である低圧側電圧検出値との差電圧に基づいて第1演算値を算出するものであり、上記第2演算手段は上記充放電コンデンサの電圧指令値と上記充放電コンデンサの電圧検出値との差電圧に基づいて第2演算値を演算するものであり、上記開閉制御手段は上記第1演算値と上記第2演算値とに基づいて通電率を求めこの通電率に基づき上記第1〜第4のスイッチング素子の開閉動作を制御するものである(例えば、特許文献1参照)。
一方、高圧側から低圧側に電力伝送する場合には、充放電コンデンサの電圧を増加させるには第1及び第3スイッチング素子のオン時間を第2及び第4スイッチング素子のオン時間より減らし、反対に充放電コンデンサの電圧を減少させる場合には第1及び第3スイッチング素子のオン時間を第2及び第4スイッチング素子のオン時間より増やす。
従って、低圧側と高圧側の間での電力伝送方向によって、第1及び第3スイッチング素子のオン時間の増減極性と第2及び第4スイッチング素子のオン時間の増減極性を原理的に切り替える必要がある。
低圧側の第1端子及び第2端子と、高圧側の第3端子及び第4端子を有する端子群と、
上記第1端子と上記第2端子の間に接続された第1平滑コンデンサと、
上記第3端子と上記第4端子の間に接続された第2平滑コンデンサと、
第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子、第4スイッチング素子がこの順に直列に接続されたものであり、上記第2及び第3スイッチング素子の接続点がリアクトルを介して上記第1端子に接続され、上記第4スイッチング素子の上記第3スイッチング素子との接続点の反対側端子が上記第3端子に接続され、上記第1スイッチング素子の上記第2スイッチング素子との接続点の反対側端子が上記第2端子及び上記第4端子に接続されたスイッチング素子直列回路と、
上記第1及び第2スイッチング素子との接続点と上記第3及び第4スイッチング素子との接続点との間に接続された充放電コンデンサと、
上記第1スイッチング素子と上記第4スイッチング素子のゲート信号が相補の関係となり、上記第2スイッチング素子と上記第3スイッチング素子のゲート信号が相補の関係となるように、上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成する制御装置とを備え、
上記低圧側の第1端子及び第2端子と上記高圧側の第3端子及び第4端子との間で直流電圧の変換を行うDC/DCコンバータであって、
上記制御装置は、上記高圧側の電圧指令値である高圧側電圧指令値と上記高圧側の電圧検出値である高圧側電圧検出値との差電圧に基づいて、上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子のデューティ指令値を演算するデューティ指令演算部と、上記充放電コンデンサの電圧目標値と上記充放電コンデンサの電圧検出値との差電圧に基づいて、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号と上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号との位相差に対応する位相シフトデューティ指令値を演算する位相シフトデューティ指令演算部を有し、上記デューティ指令値と上記位相シフトデューティ指令値とに基づいて上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成する。
従って、低圧側と高圧側の間の電力伝送方向にかかわらず充放電コンデンサの電圧制御極性と充放電コンデンサの電圧増減極性を所定の関係に保つことができるため、力行動作又は回生動作を判定することなく充放電コンデンサの電圧をより安定に制御することができ、充放電コンデンサの電圧制御の信頼性をより高めることができる。
以下、この発明の実施の形態1に係るDC/DCコンバータを図に基づいて説明する。図1は実施の形態1によるDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。図2は図1の制御装置の構成を示すブロック図である。図3は図1のDC/DCコンバータの動作モードを示す説明図である。図4〜図23は図1のDC/DCコンバータの動作説明図である。図24〜図27は図1のDC/DCコンバータのゲート信号生成を示す説明図である。図28は図1のDC/DCコンバータの動作可能範囲を示す図である。図29〜図30は図1のDC/DCコンバータの動作期間を示した図である。図31は図1のDC/DCコンバータのゲート信号生成を示す説明図である。
図1において、DC/DCコンバータ1は、端子群としての第1、第2、第3、第4端子1a、1b、1c、1dを有する。このDC/DCコンバータ1は、第1端子1a(VL)−第2端子1b(Vcom)間に入力された直流の入力電圧Vinを、入力電圧Vin以上の電圧に昇圧し、昇圧後の出力電圧Voutを第3端子1c(VH)−第4端子1d間に出力するものである。図1では、第1端子1a−第2端子1b間にはバッテリ2を、第3端子1c−第4端子1d間には電動機3を接続している。DC/DCコンバータ1は、入力側の第1平滑コンデンサ11(Ci)と、リアクトル12(L)と、スイッチング素子直列回路としての直流電圧変換部101と、電圧センサ103と、電圧センサ104と、電流センサ105と、出力側の第2平滑コンデンサ108(Co)と、制御装置109とを有している。
この場合、低圧側から高圧側への電力伝送は、バッテリ2の電力をモータ駆動用インバータに伝えてモータ3を駆動するため力行動作として、高圧側から低圧側への電力伝送はモータ3で発電した電力をモータ駆動用インバータを介してバッテリ2へ充電するため回生動作として定義される。
図2は、制御装置109の詳細構成を示す制御ブロック図である。図2において、制御装置109は、第1制御ブロック20、第2制御ブロック30、第3制御ブロック40を有する。
第1制御ブロック20は、高圧側電圧検出値としての出力電圧検出値Voutを高圧側電圧指令値としての出力電圧目標値Vout*に追従する制御ブロックであり、減算器201、制御器202を有する。
第2制御ブロック30は、充放電コンデンサ101aの電圧検出値Vcfを充放電コンデンサ101aの電圧目標値Vcf*に追従する制御ブロックであり、乗算器301、減算器302、制御器303、変換器305、制限器307、乗算器309を有する。
第3制御ブロック40は、第1制御ブロック20と第2制御ブロック30で演算したデューティ指令値に従って、第1スイッチング素子S1のゲート信号G1、第2スイッチング素子S2のゲート信号G2、第3スイッチング素子S3のゲート信号G3、第4スイッチング素子S4のゲート信号G4を演算するブロックであり、加算器401、比較器403、加算器404、比較器406、減算器407、加算器409、加算器411、比較器413、加算器414、加算器416、比較器418から構成される。
ここで、第1制御ブロック20及び第3制御ブロック40の加算器401、加算器404、減算器407、加算器409、加算器414は、請求項におけるデューティ指令演算部に相当する。また、第2制御ブロック30は、請求項における位相シフトデューティ指令演算部に相当する。
また、加算器404によりデューティ指令値D1にデッドタイムに相当するデューティ量Td/Tを加算したデューティ指令値405を演算する。そして、デューティ指令値405と第2三角波TW2を比較器406に入力して、第4スイッチング素子S4のゲート信号G4を生成する。
さらに、減算器407により1からデューティ指令値D1を減算してデューティ指令値408(D2:オンデューティ指令値)を演算する。この演算によってデューティ指令値D1から生成されるゲート信号とデューティ指令値D2から生成されるゲート信号は、180度位相をシフトすることができる。
第3スイッチング素子S3のゲート信号G3を演算するためには、まず、加算器409によりデューティ指令値D2にデッドタイムに相当するデューティ量Td/Tを加算したデューティ指令値410を演算する。次に、加算器411においてデューティ指令値410に位相シフトデューティ指令値310を加算してデューティ指令値412を演算する。そして、デューティ指令値412と第1三角波TW1を比較器413に入力してゲート信号G3を生成する。
第2スイッチング素子S2のゲート信号G2を演算するためには、まず、加算器414によりデューティ指令値D2にデッドタイムに相当するデューティ量Td/Tを加算したデューティ指令値415を演算する。次に、加算器416においてデューティ指令値415に位相シフトデューティ指令値310を加算してデューティ指令値417を演算する。そして、デューティ指令値417と第2三角波TW2を比較器418に入力してゲート信号G2を生成する。
次に、DC/DCコンバータ1の定常状態における動作について説明する。なお、定常状態とは、4つのスイッチング素子S1、S2、S3、S4がオン/オフ制御されて出力電圧が安定して得られている時の状態をいう。また、DC/DCコンバータ1の動作状態として、バッテリ2から電動機3に電力が供給されることにより電動機3を駆動する状態(力行動作)と、電動機3が発電状態で発電した電力がバッテリ2に供給される状態(回生動作)の2つの状態が存在する。
図3(a)に示すように、モード1は、第1スイッチング素子S1と第3スイッチング素子S3がオン、第2スイッチング素子S2と第4スイッチング素子S4がオフとなり、力行時は充放電コンデンサ101aにエネルギーを蓄積する状態、回生時は充放電コンデンサ101aのエネルギーを放出する状態となる。
図3(b)に示すように、モード2は、第1スイッチング素子S1と第3スイッチング素子S3がオフ、第2スイッチング素子S2と第4スイッチング素子S4がオンとなり、力行時は充放電コンデンサ101aのエネルギーを放出する状態、回生時は充放電コンデンサ101aにエネルギーを蓄積する状態となる。
図3(c)に示すように、モード3は、第1スイッチング素子S1と第2スイッチング素子S2がオフ、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4がオンとなり、力行時はリアクトル12のエネルギーを放出する状態、回生時はリアクトル12のエネルギーを蓄積する状態となる。
図3(d)に示すように、モード4は、第1スイッチング素子S1と第2スイッチング素子S2がオン、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4がオフとなり、力行時はリアクトル12にエネルギーを蓄積する状態、回生時はリアクトル12のエネルギーを放出する状態となる。
これらの動作モードの時間比率を適宜調整することにより、第1端子1a−第2端子1b間に入力された低圧側電圧である入力電圧Vinを任意の電圧に昇圧して、第3端子1c−第4端子1d間に出力電圧Voutとして出力することができる。
まず、昇圧比Nが2倍未満で力行状態の時の動作について説明する。
図4は、昇圧比Nが2倍未満の場合の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形IL、充放電コンデンサ101aの電流波形Icf、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。図4ではスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号はすべてデッドタイムを省略して説明する。また、定常状態では、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfは出力電圧Voutの約2分の1の電圧になるように制御されており、入力電圧Vin、出力電圧Vout、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfの大小関係は、次のようになっている。
Vout>Vin>Vcf
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第3スイッチング素子S3→充放電コンデンサ101a(Cf)→第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第3スイッチング素子S3→第4スイッチング素子S4→第2平滑コンデンサ108(Co)
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第2スイッチング素子S2→充放電コンデンサ101a(Cf)→第4スイッチング素子S4→第2平滑コンデンサ108(Co)
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第3スイッチング素子S3→第4スイッチング素子S4→第2平滑コンデンサ108(Co)
次に、昇圧比Nが2倍以上で力行状態の時の動作について説明する。
図5は、昇圧比Nが2倍以上の場合の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。図5ではスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号はすべてデッドタイムを省略して説明する。定常状態では、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfは出力電圧Voutの約2分の1の電圧になるように制御されており、入力電圧Vin、出力電圧Vout、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfの大小関係は、次のようになっている。
Vout>Vcf>Vin
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第2スイッチング素子S2→第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第3スイッチング素子S3→充放電コンデンサ101a(Cf)→第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第2スイッチング素子S2→第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)→リアクトル12(L)→第2スイッチング素子S2→充放電コンデンサ101a(Cf)→第4スイッチング素子S4→第2平滑コンデンサ108(Co)
次に、昇圧比Nが2倍未満で回生状態の時の動作について説明する。
図6は、昇圧比Nが2倍未満の場合の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形IL、充放電コンデンサ101aの電流波形Icf、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。図6ではスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号はすべてデッドタイムを省略して説明する。また、定常状態では、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfは出力電圧Voutの約2分の1の電圧になるように制御されており、入力電圧Vin、出力電圧Vout、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfの大小関係は、次のようになっている。
Vout>Vin>Vcf
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第3スイッチング素子S3←充放電コンデンサ101a(Cf)←第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第3スイッチング素子S3←第4スイッチング素子S4←第2平滑コンデンサ108(Co)
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第2スイッチング素子S2←充放電コンデンサ101a(Cf)←第4スイッチング素子S4←第2平滑コンデンサ108(Co)
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第3スイッチング素子S3←第4スイッチング素子S4←第2平滑コンデンサ108(Co)
次に、昇圧比Nが2倍以上で回生状態の時の動作について説明する。
図7は、昇圧比Nが2倍以上で回生動作時の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。図7ではスイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号はすべてデッドタイムを省略して説明する。定常状態では、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfは出力電圧Voutの約2分の1の電圧になるように制御されており、入力電圧Vin、出力電圧Vout、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfの大小関係は、次のようになっている。
Vout>Vcf>Vin
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第2スイッチング素子S2←第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第3スイッチング素子S3←充放電コンデンサ101a(Cf)←第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第2スイッチング素子S2←第1スイッチング素子S1
第1平滑コンデンサ11(Ci)←リアクトル12(L)←第2スイッチング素子S2←充放電コンデンサ101a(Cf)←第4スイッチング素子S4←第2平滑コンデンサ108(Co)
次に、本実施の形態での充放電コンデンサ101aの充放電制御の原理を説明する。図8〜図22を用いて、以下の4動作条件での位相シフトによる充放電コンデンサ電圧Vcfの増加、減少の動作原理を説明する。
(a)昇圧比が2倍未満、力行動作
(進み位相:図8と図9、遅れ位相:図10と図11)
(b)昇圧比が2倍以上、力行動作
(進み位相:図12と図13、遅れ位相:図14と図15)
(c)昇圧比が2倍未満、回生動作
(進み位相:図16と図17、遅れ位相:図18と図19)
(d)昇圧比が2倍以上、回生動作
(進み位相:図20と図21、遅れ位相:図22と図23)
本実施の形態でのリアクトル電流は、図1において右向きを正極性方向とし、正極性方向に変化する場合を増加、負極性方向に変化する場合を減少と定義する。
充放電コンデンサ電流Icfは、図1において下向きを正極方向とし、正極方向に流れる電流を充電電流として、負極方向に流れる電流を放電電流として定義する。
充電電流の絶対値が放電電流の絶対値よりも多い場合は充放電コンデンサ電圧Vcfは増加、反対に充電電流の絶対値が放電電流の絶対値よりも少ない場合は充放電コンデンサ電圧Vcfは減少となる。
図8は、昇圧比Nが2倍未満かつ力行動作において、ゲート信号G2及びG3の位相を進み方向にシフトさせた場合(制限値内)の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。図8は図4と同様の動作モード(「モード1−モード3−モード2−モード3」)にてモード2の後のモード3が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。
図8では、モード1とモード2の期間は図4と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して進み位相にシフトすることでモード1の後のモード3の期間が増加して、モード2の後のモード3の期間が減少する。そのため、図8に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて多くなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関してモード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて大きくなるため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも大きくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
図9の動作モードでは新たにモード4が発生して、1周期内で「モード4−モード1−モード3−モード2」となる。モード1の期間とモード2の期間は図4に比べて新たに発生したモード4の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード4の期間にてリアクトル電流ILは増加するため、モード1でのリアクトル電流ILの方がモード2でのリアクトル電流ILより多くなる。すなわち充放電コンデンサ電流Icfよりモード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて大きくなり、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも大きくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
以上のように、図8及び図9より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して進み方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは増加する。
図10は、図4と同様の動作モード(「モード1−モード3−モード2−モード3」)においてモード1の後のモード3が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図10では、モード1とモード2の期間は図4と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して遅れ位相にシフトすることでモード1の後のモード3の期間が減少して、モード2の後のモード3の期間が増加する。そのため、図10に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて少なくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関して、モード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて少なくなるため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
図11の動作モードでは新たにモード4が発生して、1周期内で「モード1−モード4−モード2−モード3」となる。モード1の期間とモード2の期間は図4に比べて新たに発生したモード4の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード4の期間にてリアクトル電流ILは増加する。そのため、リアクトル電流ILは新たに発生したモード4の影響で、モード2でのリアクトル電流ILの方がモード1でのリアクトル電流ILより多くなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関して、モード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて少なくなり、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧増加量がモード2での減少量よりも少なくなるため、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
以上のように、図10及び図11より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して遅れ方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは減少する。
図12は、昇圧比Nが2倍以上かつ力行動作において、ゲート信号G2及びG3の位相を進み方向にシフトさせた場合(制限値内)の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。
図12は図5と同様の動作モード(「モード4−モード1−モード4−モード2」)において、モード2の前のモード4が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図12では、モード1とモード2の期間は図5と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して進み位相にシフトすることでモード1の前のモード4の期間が増加して、モード2の前のモード4の期間が減少する。そのため、図12に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて多くなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関して、モード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて大きくなるため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも大きくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
図13の動作モードでは新たにモード3が発生して、1周期内で「モード4−モード1−モード3−モード2」となる。モード1の期間とモード2の期間は図5に比べて新たに発生したモード3の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード3の期間にてリアクトル電流ILは減少するため、モード1でのリアクトル電流ILの方がモード2でのリアクトル電流ILより多くなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関して、モード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて大きくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも大きくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
以上のように、図12及び図13より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して進み方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは増加する。
図14は、図5と同様の動作モード(「モード4−モード1−モード4−モード2」)においてモード1の前のモード4が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図14では、モード1とモード2の期間は図5と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して遅れ位相にシフトすることでモード1の前のモード4の期間が減少して、モード2の前のモード4の期間が増加する。そのため、図14に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて少なくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfに関してモード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
図15の動作モードでは新たにモード3が発生して、1周期内で「モード1−モード4−モード2−モード3」となる。モード1の期間とモード2の期間は図5に比べて新たに発生したモード3の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード3の期間にてリアクトル電流ILは減少するため、リアクトル電流ILは新たに発生したモード3の影響で、モード2でのリアクトル電流ILの方がモード1でのリアクトル電流ILより多くなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについて、モード1での充放電コンデンサ101aの充電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの放電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧増加量がモード2での電圧減少量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
以上のように、図14及び図15より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及び得G4に対して遅れ方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは減少する。
図16は、昇圧比Nが2倍未満かつ回生動作において、ゲート信号G2及びG3の位相を進み方向にシフトさせた場合(制限値内)の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。
図16は図6と同様の動作モード(「モード1−モード3−モード2−モード3」)においてモード2の後のモード3が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図16では、モード1とモード2の期間は図6と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して進み位相にシフトすることでモード1の後のモード3の期間が増加して、モード2の後のモード3の期間が減少する。そのため、図16に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて絶対値が少なくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
図17の動作モードでは新たにモード4が発生して、1周期内で「モード4−モード1−モード3−モード2」となる。モード1の期間とモード2の期間は図6に比べて新たに発生したモード4の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード4の期間においてリアクトル電流ILは増加するため、モード1でのリアクトル電流ILの方がモード2でのリアクトル電流ILより絶対値が小さくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
以上のように、図16と図17より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して進み方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは増加する。
図18は、図6と同様の動作モード(「モード1−モード3−モード2−モード3」)においてモード1の後のモード3が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図18では、モード1とモード2の期間は図6と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して遅れ位相にシフトすることで、モード1の後のモード3の期間が減少して、モード2の後のモード3の期間が増加する。そのため、図18に示すように、モード1のリアクトル電流ILがモード2のリアクトル電流ILに比べて絶対値が大きくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて多くなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも多くなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
図19の動作モードでは新たにモード4が発生して、1周期内で「モード1−モード4−モード2−モード3」となる。モード1の期間とモード2の期間は図6に比べて新たに発生したモード4の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード4の期間においてリアクトル電流ILは増加するため、リアクトル電流ILは新たに発生したモード4の影響で、モード1でのリアクトル電流ILの方がモード2でのリアクトル電流ILより絶対値が大きくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて多くなる。そして、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも多くなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
以上のように、図18及び図19より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して遅れ方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは減少する。
図20は、昇圧比Nが2倍以上かつ回生動作において、ゲート信号G2及びG3の位相を進み方向にシフトさせた場合(制限値内)の、各スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号電圧波形と、リアクトル電流波形ILと、充放電コンデンサ101aの電流波形Icfと、充放電コンデンサ101aの端子間電圧Vcfを示している。
図20は図7と同様の動作モード(「モード4−モード1−モード4−モード2」)においてモード2の前のモード4が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図20では、モード1とモード2の期間は図7と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して進み位相にシフトすることでモード1の前のモード4の期間が増加して、モード2の前のモード4の期間が減少する。そのため、図20に示すように、モード1のリアクトル電流ILの絶対値がモード2のリアクトル電流ILの絶対値に比べて小さくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
図21の動作モードでは新たにモード3が発生して、1周期内で「モード4−モード1−モード3−モード2」となる。モード1の期間とモード2の期間は図7に比べて新たに発生したモード3の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード3の期間においてリアクトル電流ILは減少するため、モード1でのリアクトル電流ILの絶対値がモード2でのリアクトル電流ILの絶対値より小さくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて少なくなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧減少量がモード2での増加量よりも少なくなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は増加する。
以上のように図20及び図21より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して進み方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは増加する。
図22は、図7と同様の動作モード(「モード4−モード1−モード4−モード2」)においてモード1の前のモード4が存在する位相シフト制限値内で位相シフトした場合である。図22では、モード1とモード2の期間は図7と同様であるが、ゲート信号G2及びG3がゲート信号G1及びG4に対して遅れ位相にシフトすることでモード1の前のモード4の期間が減少して、モード2の前のモード4の期間が増加する。そのため、図22に示すように、モード1のリアクトル電流ILの絶対値がモード2のリアクトル電流ILの絶対値より大きくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて多くなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期においてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも多くなり、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
図23の動作モードでは新たにモード3が発生して、1周期内で「モード1−モード4−モード2−モード3」となる。モード1の期間とモード2の期間は図7に比べて新たに発生したモード3の分だけ短くなるが、モード1とモード2の期間は等しい。新たに発生したモード3の期間にてリアクトル電流ILは減少するため、リアクトル電流ILは新たに発生したモード3の影響で、モード2でのリアクトル電流ILの絶対値がモード1でのリアクトル電流ILの絶対値より小さくなる。すなわち、充放電コンデンサ電流Icfについてモード1での充放電コンデンサ101aの放電電流がモード2での充放電コンデンサ101aの充電電流に比べて多くなる。そのため、充放電コンデンサ電圧Vcfは1周期にてモード1での電圧減少量がモード2での電圧増加量よりも多くなるため、1周期での充放電コンデンサ電圧Vcfの平均値は減少する。
以上のように図22及び図23より、ゲート信号G2及びG3をゲート信号G1及びG4に対して遅れ方向に位相シフトすることで充放電コンデンサ電圧Vcfは減少する。
次に、本実施の形態におけるゲート信号G1、G2、G3、G4の生成方法について説明する。
ゲート信号G1とゲート信号G4が相補の関係となるように、かつゲート信号G2とゲート信号G3が相補の関係となるようにゲート信号を生成する。
図24は、第1三角波TW1と第2三角波TW2から生成するゲート信号G1とゲート信号G4を示す。
ゲート信号G1の生成について、加算器401によりデューティ指令値D1にデッドタイムに相当するデューティTd/Tを加算してデューティ指令値402を生成する。そして、比較器403によりデューティ指令値402と第1三角波TW1とを比較して、ゲート信号G1を生成する。
ゲート信号G4の生成について、加算器404によりデューティ指令値D1にデッドタイムに相当するデューティTd/Tを加算してデューティ指令値405を生成する。そして、比較器406によりデューティ指令値405と第2三角波TW2とを比較して、ゲート信号G4を生成する。
ゲート信号G1は、第1三角波TW1に対してデューティ指令値D1をTd/Tだけ増加させることで、ゲート信号G1の立ち上がりと立ち下りをオン時間がTdだけ縮める方向にずらす。
ゲート信号G4は、第2三角波TW2に対してデューティ指令値D1をTd/Tだけ増加させることで、ゲート信号G4の立ち上がりと立ち下りをオン時間がTdだけ縮める方向にずらす。
その結果、ゲート信号G1のオン時間とゲート信号G4のオン時間の間にTdだけデッドタイム期間を生成することができる。
図26では位相シフトを行わない場合すなわちデューティ指令値415と第2三角波TW2から生成したゲート信号G2も表記する。位相シフトを行うことで、デューティ指令値417と第2三角波TW2の交点が第2三角波TW2の上り位相では+ΔD、第2三角波TW2の下り位相では−ΔDだけ変化することで、ゲート信号G2がΔD×(T/2)だけ位相シフトする。
図27では位相シフトを行わない場合すなわちデューティ指令値410と第1三角波TW1から生成したゲート信号G3も表記する。位相シフトを行うことで、デューティ指令値412と第1三角波TW1の交点が第1三角波TW1の上り位相では+ΔD、第1三角波TW1の下り位相では−ΔDだけ変化することで、ゲート信号G3がΔD×(T/2)だけ位相シフトする。
D21=0.5−Td/T・・・(式1)
限界値1=D2−Td/T(D2<0.5−Td/T)・・・(式2)
限界値2=1−Td/T−D2(D2>0.5−Td/T)
・・・(式3)
次に、位相シフト時間と、充放電コンデンサ101aのスイッチング周期Tにおける平均電流の関係式を導出する。
本実施の形態では昇圧比が2倍未満、昇圧比が2倍以上の場合に分けて説明する。
ゲート信号G1のON期間をTonと定義すると、モード1とモード2の期間はTonとなる。さらにT(1周期)、Ton、Vin、Voutの関係式は(式4)となる。
Vout={T/(T−Ton)}×Vin・・・・(式4)
すなわち、モード31の期間はT/2−Ton+ΔT、モード32の期間はT/2−Ton−ΔTである。
ILa1=ILa−{(Vout−Vin)・ΔT/L}・・・(式5)
ILb1=ILb−{(Vout−Vin)・ΔT/L}・・・(式6)
なお、ゲート信号G2及びG3が位相シフト時間ΔTだけ遅れ位相にシフトした場合は、(式5)及び(式6)においてΔTを負の値(ΔT<0)として扱えばよい。
Icf_d=[{ILa+ILb―2・(Vout−Vin)・ΔT/L}
・Ton/2]/T・・・(式8)
Icf_AVG={(Vout−Vin)・ΔT/L}・Ton/T
={(Vout−Vin)^2/(L・Vout)}×ΔT
・・・(式9)
なお、ゲート信号G2及びG3が位相シフト時間ΔTだけ遅れ位相にシフトした場合は、(式9)においてΔTを負の値(ΔT<0)として扱えばよい。
すなわち、ゲート信号G2及びG3が進み位相に位相シフトした場合も、遅れ位相に位相シフトした場合も、(式9)において位相シフト時間ΔTを正負符号を付して表すことにより、充放電コンデンサ101aの平均電流Icf_AVGの増減を定義することができる。
図29では昇圧比2倍未満の力行時を例に説明したが、昇圧比2倍未満の回生時も(式9)と同様の式となる。
図29と同様にゲート信号G1のON期間をTonと定義すると、モード1とモード2の期間はT−Tonとなる。さらに、T(1周期)、Ton、Vin、Voutの関係式は(式4)と同様である。
すなわち、モード41の期間はTon−T/2+ΔTとなり、モード42の期間はTon−T/2−ΔTとなる。
ILa1=ILa+Vin・ΔT/L・・・(式10)
ILb1=ILb+Vin・ΔT/L・・・(式11)
なお、ゲート信号G2及びG3が位相シフト時間ΔTだけ遅れ位相にシフトした場合は、(式10)及び(式11)においてΔTを負の値(ΔT<0)として扱えばよい。
・(T−Ton)/2]/T・・・・(式12)
Icf_d=[(ILa+ILb)・(T−Ton)/2]/T
・・・・(式13)
Icf_AVG=Vin・ΔT/L・(T−Ton)/T
={Vin^2/(L・Vout)}×ΔT
・・・(式14)
なお、ゲート信号G2及びG3が位相シフト時間ΔTだけ遅れ位相にシフトした場合は、(式14)においてΔTを負の値(ΔT<0)として扱えばよい。
すなわち、ゲート信号G2及びG3が進み位相に位相シフトした場合も、遅れ位相に位相シフトした場合も、(式14)において位相シフト時間ΔTを正負符号を付して表すことにより、充放電コンデンサ101aの平均電流Icf_AVGの増減を定義することができる。
Icf_AVG={Vin/(2L)}×ΔT・・・(式15)
従って昇圧比が2倍の場合には(式15)の関係式となる。上述のように力行時と回生時で(式15)は成立する。
ΔD=ΔT/(T/2)・・・(式16)
(1)昇圧比が2倍未満の場合
(式9)と(式16)より次式で定義される。
ΔD=[(L・Vout)/{(Vout−Vin)^2}]×(2/T)
×Icf_AVG・・・(式17)
(2)昇圧比が2倍の場合
(式15)と(式16)より次式で定義される。
ΔD=(2L/Vin)×(2/T)×Icf_AVG・・・(式18)
(3)昇圧比が2倍以上の場合
(式14)と(式16)より次式で定義される。
ΔD=[(L・Vout)/{(Vin)^2}]×(2/T)
×Icf_AVG・・・(式19)
次に、図2を用いて本実施の形態1のDC/DCコンバータ1の制御装置109の動作について説明する。
上述の通り、制御装置109は、高圧側電圧検出値Voutを高圧側電圧指令値としての出力電圧目標値Vout*に追従させる第1制御ブロック20と、充放電コンデンサ101aの電圧検出値Vcfを充放電コンデンサ101aの電圧目標値Vcf*に追従させる第2制御ブロック30と、スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号G1、G2、G3、G4を生成する第3制御ブロック40を有する。
(1)昇圧比が2倍未満の場合は、(式17)に基づいて変換係数Kを次式の通りとする。
K=[(L・Vout)/{(Vout−Vin)^2}]×(2/T)
・・・(式20)
(2)昇圧比が2倍の場合は、(式18)に基づいて変換係数Kを次式の通りとする。
K=(2L/Vin)×(2/T)・・・(式21)
(3)昇圧比が2倍以上の場合は、(式19)に基づいて変換係数Kを次式の通りとする。
K=[(L・Vout)/{(Vin)^2}]×(2/T)
・・・(式22)
なお、本実施の形態1のDC/DCコンバータの制御装置の位相シフト制御は、全負荷範囲で動作させるのではなく軽負荷時のみに動作させるようにしてもよい。
図32は、実施の形態1による別の制御装置の構成を示すブロック図である。図32では、新たにリアクトル電流ILの極性判定を行う第4制御ブロック50を設けている。この第4制御ブロック50で軽負荷時の判定を行っている。
以上のように、本実施の形態1では、第1、第2、第3、第4スイッチング素子S1、S2、S3、S4のゲート信号G1、G2、G3、G4において、ゲート信号G2及びゲート信号G3を、ゲート信号G1及びG4に対して進み位相又は遅れ位相に位相シフトすることで充放電コンデンサ101aの電圧Vcfを増減制御することができる。特に、進み位相に位相シフトすることで充放電コンデンサ101aの電圧Vcfを増加させ、遅れ位相に位相シフトすることで充放電コンデンサ101aの電圧Vcfを減少させることで、充放電コンデンサ101aの電圧Vcfを一定に制御することができる。
上記実施の形態1では、ゲート信号G1及びG4に対してゲート信号G2及びG3を位相シフトしたが、本実施の形態2では、ゲート信号G2及びG3の位相シフトと同時にゲート信号G1及びG4も位相シフトする。ゲート信号G1及びG4の位相シフトの向きはゲート信号G2及びG3の位相シフトの向きと常に反対にする。
図34(a)の場合(昇圧比が2倍未満、力行動作、遅れ位相)のリアクトル電流IL、充放電コンデンサ101aの充放電電流Icf、充放電コンデンサ101aの電圧Vcfの動作原理は、実施の形態1における図10と同様である。また、図34(b)の場合(昇圧比が2倍以上、力行動作、遅れ位相)も図12と同様の動作原理である。
従って、本実施の形態で行うゲート信号G1及びG4、ゲート信号G2及びG3の位相シフトによる充放電コンデンサ101aの充放電動作原理はすべて実施の形態1と同様である。
ただし、本実施の形態ではゲート信号G2及びG3の位相シフト量ΔTと、ゲート信号G1及びG4の位相シフト量ΔTは常に等しくなるようにする。
第1制御ブロック20は実施の形態1と同様でありデューティ指令値D1を演算する。
第2制御ブロック30でも実施の形態1と同様に位相シフトデューティ指令値310を演算して、ゲート信号G2及びG3の位相シフトデューティ指令値(方形波デューティ指令値)ΔD2とする。そして、新たに乗算器320を設けこの乗算器320により位相シフトデューティ指令値310を−1倍した位相シフトデューティ指令値321を演算して、ゲート信号G1及びG4の位相シフトデューティ指令値(方形波デューティ指令値)ΔD1とする。そして、これら位相シフトデューティ指令値ΔD2及びΔD1を第3制御ブロック40に入力する。
ゲート信号G1は、加算器419にてデューティ指令値402に位相シフトデューティ指令値ΔD1を加算してデューティ指令値420を演算し、比較器403にてデューティ指令値420と第1三角波TW1と比較して演算される。
ゲート信号G4は、加算器421にてデューティ指令値405に位相シフトデューティ指令値ΔD1を加算してデューティ指令値422を演算し、比較器406にてデューティ指令値422と第2三角波TW2と比較して演算される。
ゲート信号G3は、加算器411にてデューティ指令値410に位相シフトデューティ指令値ΔD2を加算してデューティ指令値412を演算し、比較器413にてデューティ指令値412と第1三角波TW1と比較して演算される。
ゲート信号G2は、加算器416にてデューティ指令値415に位相シフトデューティ指令値ΔD2を加算してデューティ指令値417を演算し、比較器418にてデューティ指令値417と第2三角波TW2と比較して演算される。
Claims (11)
- 低圧側の第1端子及び第2端子と、高圧側の第3端子及び第4端子を有する端子群と、
上記第1端子と上記第2端子の間に接続された第1平滑コンデンサと、
上記第3端子と上記第4端子の間に接続された第2平滑コンデンサと、
第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子、第4スイッチング素子がこの順に直列に接続されたものであり、上記第2及び第3スイッチング素子の接続点がリアクトルを介して上記第1端子に接続され、上記第4スイッチング素子の上記第3スイッチング素子との接続点の反対側端子が上記第3端子に接続され、上記第1スイッチング素子の上記第2スイッチング素子との接続点の反対側端子が上記第2端子及び上記第4端子に接続されたスイッチング素子直列回路と、
上記第1及び第2スイッチング素子との接続点と上記第3及び第4スイッチング素子との接続点との間に接続された充放電コンデンサと、
上記第1スイッチング素子と上記第4スイッチング素子のゲート信号が相補の関係となり、上記第2スイッチング素子と上記第3スイッチング素子のゲート信号が相補の関係となるように、上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成する制御装置とを備え、
上記低圧側の第1端子及び第2端子と上記高圧側の第3端子及び第4端子との間で直流電圧の変換を行うDC/DCコンバータであって、
上記制御装置は、上記高圧側の電圧指令値である高圧側電圧指令値と上記高圧側の電圧検出値である高圧側電圧検出値との差電圧に基づいて、上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子のデューティ指令値を演算するデューティ指令演算部と、上記充放電コンデンサの電圧目標値と上記充放電コンデンサの電圧検出値との差電圧に基づいて、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号と上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号との位相差に対応する位相シフトデューティ指令値を演算する位相シフトデューティ指令演算部を有し、上記デューティ指令値と上記位相シフトデューティ指令値とに基づいて上記第1、第2、第3、第4スイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成するDC/DCコンバータ。 - 請求項1に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相に対して第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相が進むように変化させることで上記充放電コンデンサの電圧を増加させ、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相に対して第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相が遅れるように変化させることで上記充放電コンデンサの電圧を減少させるようにしたDC/DCコンバータ。 - 請求項1又は請求項2に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記デューティ指令演算部によって上記高圧側電圧検出値が上記高圧側電圧指令値に追従した状態にして、上記位相シフトデューティ指令演算部が上記充放電コンデンサの電圧検出値と上記充放電コンデンサの電圧目標値の差電圧から上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相と上記第2及び第3のスイッチング素子のゲート位相の位相差に対応する位相シフトデューティ指令値を演算して、上記充放電コンデンサの電圧を増減させるDC/DCコンバータ。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記位相シフトデューティ指令演算部は、上記リアクトルに流れるリアクトル電流が予め定めたしきい値電流以下においてのみ上記位相シフトデューティ指令値を演算し、上記リアクトル電流が上記しきい値電流より大きい場合は上記位相シフトデューティ指令値をゼロとするDC/DCコンバータ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相を固定したまま、上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相を進み位相または遅れ位相にシフトするDC/DCコンバータ。 - 請求項5に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の生成について、上記デューティ指令演算部により演算された上記第1スイッチング素子のデューティ指令値と搬送波である三角波からパルス幅変調によりゲート信号を生成し、
上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の生成について、上記デューティ指令演算部により演算された上記第2スイッチング素子のデューティ指令値に、上記位相シフトデューティ指令演算部により演算された上記位相シフトデューティ指令値を上記三角波と同一周波数の第1方形波と乗算した方形波デューティ指令値を加算したデューティ指令値と三角波からパルス幅変調によりゲート信号を生成するDC/DCコンバータ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相に対して上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相を進める場合には、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相を遅れ側にシフトすると同時に上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相を進み側にシフトし、
上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相に対して上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相を遅らせる場合には、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相を進み側にシフトすると同時に上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相を遅れ側にシフトするDC/DCコンバータ。 - 請求項7に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の位相シフト量と、上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の位相シフト量を等しくするDC/DCコンバータ。 - 請求項7又は請求項8に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記制御装置は、上記第1及び第4スイッチング素子のゲート信号の生成について、上記デューティ指令演算部により演算された第1スイッチング素子のデューティ指令値に、上記位相シフトデューティ指令演算部で演算された上記位相シフトデューティ指令値を搬送波である三角波と同一周波数の第1方形波と乗算した第1方形波デューティ指令値を加算したデューティ指令値と上記三角波からパルス幅変調によりゲート信号を生成し、
上記第2及び第3スイッチング素子のゲート信号の生成について、上記デューティ指令演算部により演算された第2スイッチング素子のデューティ指令値に、上記位相シフトデューティ指令演算部で演算された上記位相シフトデューティ指令値を上記第1方形波と逆極性の方形波と乗算した第2方形波デューティ指令値を加算したデューティ指令値と上記三角波からパルス幅変調によりゲート信号を生成するDC/DCコンバータ。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記位相シフトデューティ指令演算部は、上記充放電コンデンサの電圧目標値と上記充放電コンデンサの電圧検出値との差電圧にゲインを乗算した電流指令値に、下記(1)、(2)、(3)のうちいずれか一つの変換係数Kを乗算して上記位相シフトデューティ指令値を演算するDC/DCコンバータ。
(1)上記高圧側の第3端子及び第4端子間の電圧が上記低圧側の第1端子及び第2端子間の電圧の2倍未満の電圧条件の場合、
K=[(L・Vout)/{(Vout−Vin)^2}]
×(2/T)
(2)上記高圧側の第3端子及び第4端子間の電圧が上記低圧側の第1端子及び第2端子間の電圧の2倍の電圧条件の場合、
K=(2L/Vin)×(2/T)
(3)上記高圧側の第3端子及び第4端子間の電圧が上記低圧側の第1端子及び第2端子間の電圧の2倍以上の電圧条件の場合、
K=[(L・Vout)/{(Vin)^2}]
ただし、Lは上記リアクトルのリアクトル容量、Voutは高圧側電圧、Vinは低圧側電圧、Tは上記第1〜第4スイッチング素子のスイッチング周期 - 請求項10に記載のDC/DCコンバータにおいて、
上記位相シフトデューティ指令演算部は、上記位相シフトデューティ指令値に対して、
上記第1〜第4スイッチング素子のオンデューティが0.5からデッドタイム相当のデューティを減算したデューティ値より小さい場合は、上記第1〜第4スイッチング素子のオンデューティからデッドタイム相当のデューティを減算したデューティ値を上限値として、
上記第1〜第4スイッチング素子のオンデューティが0.5からデッドタイム相当のデューティの減算したデューティ値より大きい場合は、1からデッドタイム相当のデューティを減算した値と上記第1〜第4スイッチング素子のオンデューティを減算したデューティ値を上限値として、制限を設けるDC/DCコンバータ。
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