JP6292245B2 - 多相昇圧コンバータの制御方法及び多相昇圧コンバータ - Google Patents

多相昇圧コンバータの制御方法及び多相昇圧コンバータ Download PDF

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Description

本発明は多相昇圧コンバータの制御方法及び多相昇圧コンバータに関し、例えば、複数の昇圧コンバータを並列接続し、当該複数の昇圧コンバータを複数の異なる位相の駆動信号により制御する多相昇圧コンバータの制御方法及び多相昇圧コンバータに関する。
昇圧コンバータの１つに複数の昇圧コンバータを並列接続して、当該複数の昇圧コンバータを複数の異なる位相の駆動信号により制御する多相昇圧コンバータがある。多相昇圧コンバータは、高負荷では、単相の昇圧コンバータよりも１相当たりの負荷を減らすことが出来るため、小型化が可能である。この多相昇圧コンバータの一例が特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の多相昇圧コンバータでは、多相昇圧コンバータの出力端子と、多相コンバータにより生成された昇圧電圧が供給される負荷回路との間にスイッチとリアクトルとを並列接続した回路を有する。そして、特許文献１の記載の多相昇圧コンバータでは、スイッチによりリアクトルの有効と無効とを切り替える。これにより、特許文献１に記載の多相昇圧コンバータでは、多相昇圧コンバータの出力端子に接続される平滑コンデンサと出力端子に接続される配線に寄生するインダクタとにより形成される共振回路の共振周波数に、多相昇圧コンバータの出力信号のリップル成分が一致して発生する共振現象を回避する。
特開２０１４−０４２４１０号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、スイッチとインダクタとを並列接続した回路が必要である。一般的に、インダクタは体積及び重量が大きい。そのため、特許文献１に記載の技術を用いて多相昇圧コンバータを含むシステムの共振現象を回避させる場合、システムの体積及び重量が大きくなってしまう問題が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多相昇圧コンバータを含むシステムの体積及び重量を抑制しながら共振現象を回避することを目的とするものである。
本発明にかかる多相昇圧コンバータの制御方法の一態様は、入力電圧が与えられる入力端子と、負荷回路に供給する出力電圧が出力される出力端子と、の間に並列に接続された複数の昇圧回路を、同一周波数を有する複数の駆動信号によりそれぞれ駆動する多相昇圧コンバータの制御方法であって、Ｎ（２以上の整数）個の前記昇圧回路を駆動中に、前記複数の駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、前記第２の周波数が前記多相昇圧コンバータと前記負荷回路との間に形成される共振回路の共振周波数のＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定するステップと、前記第２の周波数が前記共振周波数のＭ倍である場合、前記複数の駆動信号間の位相差を前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とするステップと、を有する。
上記本発明の一態様によれば、複数の駆動信号の位相差を上記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とする。これにより、本発明の多相昇圧コンバータの制御方法を用いたシステムでは、共振回路の共振周波数をずらすためにインダクタを用いることなく、複数の駆動信号の位相差を適切な値とすることにより、システム内で共振現象が発生することを回避することが出来る。
本発明の別の態様は、前記多相昇圧コンバータが有する前記複数の昇圧回路の個数をＡ（Ｎ以上の整数）個とすると、前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差は、３６０°を２から前記Ａの値で除した各値を選択肢として設定される。
これにより、本発明にかかる多相昇圧コンバータの制御方法の別の態様では、切り替え後の複数の駆動信号間の位相差を少ない計算量の処理により高速に切り替えることができる。
本発明の多相昇圧コンバータの一態様は、入力電圧が与えられる入力端子と、負荷回路に供給する出力電圧が出力される出力端子と、の間に並列に接続された複数の昇圧回路と、同一周波数を有する複数の駆動信号により前記複数の昇圧回路をそれぞれ駆動する制御部と、を有し、前記制御部は、Ｎ（２以上の整数）個の前記昇圧回路を駆動中に、前記複数の駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、前記第２の周波数が前記出力端子と前記負荷回路との間に形成される共振回路の共振周波数のＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定し、前記第２の周波数が前記共振周波数のＭ倍である場合、前記複数の駆動信号間の位相差を前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とする。
上記本発明の一態様によれば、複数の駆動信号の位相差上記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とする。これにより、本発明の多相昇圧コンバータを用いたシステムでは、共振回路の共振周波数をずらすためにインダクタを用いることなく、複数の駆動信号の位相差を適切な値とすることにより、システム内で共振現象が発生することを回避することが出来る。
本発明にかかる多相昇圧コンバータの制御方法及び多相昇圧コンバータによれば、システムの体積及び重量を抑制しながら共振現象の発生を回避することができる。
実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを含むシステムのブロック図である。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータの駆動信号とコンデンサに入力される電流の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを含むシステムにおける共振現象の発生条件を説明するタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを３相で制御した場合の制御信号間の位相制御のフローチャートである。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを３相で制御した場合のリップル周波数を説明するタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを２相で制御した場合の制御信号間の位相制御のフローチャートである。 実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを４相で制御した場合の制御信号間の位相制御のフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
まず、図１に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを含むシステム１の概略図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかるシステム１は、入力電源１０、多相昇圧コンバータ１１、電力制御ユニット２０を有する。また、図１では、多相昇圧コンバータ１１と電力制御ユニット２０とを接続する配線の寄生インダクタＬｗを示した。
入力電源１０は、例えば、燃料電池である。システム１では、燃料電池１０が生成する入力電圧Ｖｆｃを多相昇圧コンバータ１１で昇圧して電力制御ユニット２０に与える出力電圧Ｖｆｃｏを生成する。多相昇圧コンバータ１１は、入力電圧が与えられる入力端子と、負荷回路に供給する出力電圧が出力される出力端子と、の間に並列に接続された複数の昇圧回路を、同一周波数を有する複数の駆動信号により駆動するものである。また、電力制御ユニット２０は、車載高圧バッテリー電圧をシステム電圧まで昇圧する昇圧コンバータと、直流電圧を交流電圧に変換して車輌の動力源となるモータを駆動するインバータと、を有する。
多相昇圧コンバータ１１は、リアクトルＬ１〜Ｌ４、ダイオードＤ１〜Ｄ４、駆動トランジスタＳＴｒ１〜ＳＴｒ４、制御部１２、コンデンサＣ１を有する。多相昇圧コンバータ１１は、４相昇圧コンバータであって、１つのリアクトルと、１つのダイオードと、１つの駆動トランジスタと、により構成される昇圧回路を４つ備えている。なお、当然のことながら多相昇圧コンバータ１１の相数（多相昇圧コンバータ１１が有する昇圧回路の個数）は、４に限定されるものではなく、２以上であればよい。
図１に示す例では、リアクトルＬ１〜Ｌ４の一端がそれぞれ多相昇圧コンバータ１１の入力端子に接続される。そして、ダイオードＤ１は、リアクトルＬ１の他端にアノードが接続され、多相昇圧コンバータ１１の出力端子にカソードが接続される。ダイオードＤ２は、リアクトルＬ２の他端にアノードが接続され、多相昇圧コンバータ１１の出力端子にカソードが接続される。ダイオードＤ３は、リアクトルＬ３の他端にアノードが接続され、多相昇圧コンバータ１１の出力端子にカソードが接続される。ダイオードＤ４は、リアクトルＬ４の他端にアノードが接続され、多相昇圧コンバータ１１の出力端子にカソードが接続される。
また、駆動トランジスタＳＴｒ１は、コレクタがリアクトルＬ１とダイオードＤ１との間に接続され、エミッタが接地配線に接続され、ベースにＵ相の駆動信号ＳＣｕが与えられる。駆動トランジスタＳＴｒ２は、コレクタがリアクトルＬ２とダイオードＤ２との間に接続され、エミッタが接地配線に接続され、ベースにＶ相の駆動信号ＳＣｖが与えられる。駆動トランジスタＳＴｒ３は、コレクタがリアクトルＬ３とダイオードＤ３との間に接続され、エミッタが接地配線に接続され、ベースにＷ相の駆動信号ＳＣｗが与えられる。駆動トランジスタＳＴｒ４は、コレクタがリアクトルＬ４とダイオードＤ４との間に接続され、エミッタが接地配線に接続され、ベースにＸ相の駆動信号ＳＣｘが与えられる。
実施の形態１にかかるシステム１では、多相昇圧コンバータ１１の出力端子にコンデンサＣ１が配置され、電力制御ユニット２０の入力端子にコンデンサＣ２が配置される。コンデンサＣ１は、多相昇圧コンバータ１１の出力電圧を平滑化する。コンデンサＣ２は、電力制御ユニット２０に与えられる電圧において電力制御ユニット２０の消費電流に応じて発生する変動を抑制するバイパスコンデンサである。そして、実施の形態１にかかるシステム１は、コンデンサＣ１、Ｃ２及び多相昇圧コンバータ１１と電力制御ユニット２０とを接続する配線の寄生インダクタＬｗにより共振回路が構成される。この共振回路の共振周波数Ｆｒは、（１）式で表される。
Figure 0006292245
 この（１）式において、Ｃ１はコンデンサＣ１の容量値であり、Ｃ２はコンデンサＣ２の容量値であり、Ｌは寄生インダクタＬｗのインダクタンスである。
制御部１２は、同一周波数を有する複数の駆動信号（例えば駆動信号ＳＣｕ、ＳＣｖ、ＳＣｗ、ＳＣｘ）により複数の昇圧回路を駆動する。また、制御部１２は、自身が出力する複数の駆動信号の周波数及び駆動信号間の位相差に基づき多相昇圧コンバータ１１の出力電圧Ｖｆｃｏに発生するリップル周波数が共振回路の共振周波数Ｆｒに一致しないように駆動信号間の位相差を操作しながら駆動信号の周波数を変更する。これにより共振回路に置ける共振現象を避けることができる。制御部１２が実行する具体的な処理については後述する。
ここで、共振回路における共振現象を避けるための条件について説明する。まず、リップル周波数Ｆｒｐについて説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータの駆動信号とコンデンサに入力される電流の一例を示すタイミングチャートを示す。図２に示す例は、４相中の３相を、駆動信号間の位相差を９０°で駆動している状態のタイミングチャートである。図２に示すように、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１の各駆動回路は、駆動信号がロウレベルの期間にコンデンサＣ１への充電電流を増加させ、駆動信号がハイレベルの期間ではコンデンサＣ１への充電電流を少なくする。また、多相昇圧コンバータ１１では、複数の昇圧回路により異なる位相でピークを持つ充電電流をコンデンサＣ１に供給することで、コンデンサＣ１への充電が行われる。このような場合、出力電圧Ｖｆｃｏのリップル変動は、複数の昇圧回路コンデンサＣ１への充電電流の合成波形のピークに合わせて変動する。そのため、充電電流のピークの発生周期Ｔｉｃ１がリップル周期Ｔｒｐ１となる。図２に示す例では、リップル周期Ｔｒｐ１は、１つの駆動信号に応じて生じるリップル周期である。リップル周期Ｔｒｐ２は、位相差が１８０°となる駆動信号に応じて生じるリップル周期である。そして、リップル周波数は、リップル周期の逆数として算出することができるものである。
制御部１２では、多相昇圧コンバータ１１の２相以上の駆動回路を動作させる場合、このように算出される複数のリップル周波数の１相の駆動信号のリップル周期から算出されるリップル周波数以外のリップル周波数が共振周波数Ｆｒに一致しないように選択すべき駆動信号間の位相差の条件を設定する。そこで、選択すべき駆動信号間の位相差の条件を以下で説明する。
選択すべき駆動信号間の位相差の条件は、リップル周波数Ｆｒｐが共振回路の共振周波数Ｆｒに一致しない条件である。発明者らは鋭意研究の結果、駆動信号間の位相差を以下の条件Ｉ〜条件ＩＶに示す位相差とすることにより共振現象を回避するできることを見出した。なお、条件Ｉ〜条件ＩＶにおいて、Ｆｓは駆動信号のスイッチング周波数であり、Ｆｒは共振回路の共振周波数、Ｎは駆動相数（駆動対象の昇圧回路の数であって、２以上の整数）、Ｂは駆動信号間の位相差、ｎは共振駆動定数であって駆動相数Ｎよりも小さい２以上の整数である。
条件Ｉ
Ｆｒ＝Ｆｓの場合、Ｂ＝３６０／Ｎ
条件ＩＩ
Ｆｒ＝Ｆｓ×Ｎの場合、Ｂ≠３６０／Ｎ
条件ＩＩＩ
Ｆｒ＝Ｆｓ×ｎの場合、Ｂ＝３６０／ｎ、かつ、Ｎ相中のｎ相がＢ以外
条件ＩＶ
Ｆｒ≠Ｆｓ、又は、Ｆｒ≠Ｆｓ×Ｎ、又は、Ｆｒ≠Ｆｓ×ｎ、すなわち、Ｆｒ≠Ｆｓ×Ｍ（Ｎ以下の自然数）の場合共振周波数は発生しない。
上記条件Ｉ〜条件ＩＩＩに示すように、共振周波数Ｆｒが駆動信号のスイッチング周波数ＦｓのＭ倍（ＭはＮ以下の自然数）となった場合に共振現象が発生し得る。一方、上記条件ＩＶに示すように、共振周波数Ｆｒが駆動信号のスイッチング周波数ＦｓのＭ倍でなければ、共振現象が発生し得ない。
ここで、理解を容易にするため、多相昇圧コンバータ１１を３相駆動で動作させる場合（すなわちＮ＝３の場合）の上記条件Ｉ〜条件ＩＶの具体例について説明する。
条件Ｉに示すように、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致する場合すなわちＦｓ＝Ｆｒの場合、各相の位相差Ｂを３６０°／３＝１２０°とする。
条件ＩＩに示すように、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓの３倍が共振周波数Ｆｒと一致する場合すなわちＦｒ＝Ｆｓ×Ｎの場合、各相の駆動信号の位相差Ｂを３６０°／３＝１２０°以外の位相差とする。
条件ＩＩＩに示すように、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓの２倍が共振周波数Ｆｒと一致する場合すなわちＦｒ＝Ｆｓ×ｎ（ｎ＝２）の場合、３相中の２相の位相差Ｂを３６０°／２＝１８０°以外の位相差とする。
以上の条件を踏まえ、リップル周波数が共振周波数Ｆｒに一致する（共振現象が発生する）ことを回避するために、制御部１２が実行する具体的な処理について説明する。
制御部１２は、Ｎ（２以上の整数）個の昇圧回路を駆動中に、駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、周波数判定ステップと、位相差設定ステップと、を実行する。
まず、周波数判定ステップでは、第２の周波数が多相昇圧コンバータ１１と負荷回路（例えば、電力制御ユニット２０）との間に形成される共振回路の共振周波数ＦｒのＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定する。上述の通り、第２の周波数が共振周波数のＭ倍である場合、リップル周波数が共振周波数Ｆｒに一致する（共振現象が発生する）可能性があるからである。
次に、位相差設定ステップでは、第２の周波数が共振周波数のＭ倍である場合、複数の駆動信号間の位相差をＭの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差（上記条件Ｉ〜条件ＩＩＩに示した位相差）とする。
また、制御部１２は、複数の駆動信号の間の位相差を設定する場合、３６０°を２〜Ａ（多相昇圧コンバータ１１が有する昇圧回路の個数であって、Ｎ以上の整数）の値で除した各値を複数の駆動信号の間の位相差の選択肢として位相差が切り替えることが好ましい。例えば、昇圧回路の個数が４つ（すなわち、Ａ＝４）であれば、１８０°（＝３６０°／２）、１２０°（＝３６０°／３）、９０°（＝３６０°／４）の３つの選択肢の中から駆動信号間の位相差を選択する。
なお、駆動信号間の位相差は、共振現象を回避することができれば、任意の値とすることができる。しかしながら、このように、予め位相差の選択候補を決定しておくことで、位相差切り替えに必要な制御部１２の計算量を削減して、位相差切り替え速度を高めることができる。
続いて、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１の動作について説明する。そこで、まず、駆動信号の周波数に基づき共振現象が発生する状態と共振現象が発生しない状態について説明する。図３に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを含むシステムにおける共振現象の発生条件を説明するタイミングチャートを示す。
図３の上図は、共振現象が発生する状態のタイミングチャートである。図３の上図に示すように、駆動信号間の位相差が９０°である場合、スイッチング周波数Ｆｓ及び駆動信号間の位相差から算出されるリップル周波数Ｆｒｐには、共振周波数Ｆｒの２倍（２Ｆｒ）の周波数成分と、共振周波数Ｆｒと同じ周波数成分とが含まれる。そのため、共振周波数Ｆｒと一致する周波数成分のリップル周波数Ｆｒｐに起因した共振現象が発生する。
図３の下図は、共振現象が発生しない状態のタイミングチャートである。図３の下図に示すように、駆動信号間の位相差が１２０°である場合、スイッチング周波数Ｆｓ及び駆動信号間の位相差から算出されるリップル周波数Ｆｒｐには、共振周波数Ｆｒの３倍（３Ｆｒ）の周波数成分のみが含まれる。そのため、図３の下図のような条件であれば、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致したとしても共振現象は発生しない。
実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１では、共振回路で発生する共振現象を回避するため、制御部１２により、スイッチング周波数Ｆｓの切り替えに応じて駆動信号間の位相差を変更する。そこで、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１における駆動信号の位相制御方法を以下で説明する。
図４に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを３相駆動した場合のスイッチング周波数Ｆｓの切り替えに伴う駆動信号間の位相制御のフローチャートを示す。当該フローチャートに基づく処理は、制御部１２において行われる。
図４に示すように、制御部１２は、まず、共振周波数Ｆｒの計算を行う（ステップＳ１０）。この計算は上記の（１）式を用いて行われる。なお、共振周波数Ｆｒの計算は、システム１の構成により決まるものであるため、予め計算しておいても良い。
次いで、制御部１２は、周波数判定ステップ（ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１７）及び位相差設定ステップ（Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１９）を行う。
上述の通り、周波数判定ステップ（ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１７）では、Ｎ（２以上の整数）個の昇圧回路を駆動中に、駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、第２の周波数が多相昇圧コンバータ１１と負荷回路（例えば、電力制御ユニット２０）との間に形成される共振回路の共振周波数ＦｒのＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定する。
また、位相差設定ステップ（Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１９）では、第２の周波数が共振周波数のＭ倍である場合、複数の駆動信号間の位相差をＭの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差（上記条件Ｉ〜条件ＩＩＩに示した位相差）とする。
具体的には、制御部１２は、ステップＳ１０が終了した後、切り替え後の駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において切り替え後のスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ１１のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件Ｉに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を１２０°とし（ステップＳ１３）、処理を終了する。
ステップＳ１１においてスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ１１のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４においてスイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ１４のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩＩに基づき、３相中の２相の駆動信号間の位相差を１８０°以外の位相差とし（ステップＳ１６）、処理を終了する。
ステップＳ１４においてスイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ１４のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７においてスイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ１７のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を１２０°以外の位相差とし（ステップＳ１９）、処理を終了する。また、ステップＳ１７でスイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ１７のＮＯの枝）は、現状の駆動信号間の位相差を変更せずに、処理を終了する。
なお、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１は、スイッチング周波数Ｆｓが切り替わる度に、ステップＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１９を繰り返す。
実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１では、図４で示した処理フローに従って、駆動信号間の位相差を設定する。この具体例を図５を用いて説明する。そこで、図５に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを３相で制御した場合のリップル周波数を説明するタイミングチャートを示す。なお、図５で示す周波数設定の例は、位相差を設定する態様の一例であり、条件Ｉ〜条件ＩＶを満たすように位相差を設定すれば図５以外の位相差を採用しても構わない。
図５の最上段のグラフに示すように、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１では、スイッチング周波数Ｆｓが、共振周波数Ｆｒの３分の１よりも低い場合（３Ｆｓ＜Ｆｒとなる場合）、駆動信号間の位相差を１２０°として動作する。この場合、リップル周波数Ｆｒｐは共振周波数Ｆｒの３倍（３Ｆｒ）の周波数成分のみとなる。
そして、上述の条件ＩＩに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒの３分の１に到達すると（すなわち、３Ｆｓ＝Ｆｒとなる場合）、３相駆動中の３相の駆動信号間の位相差が１２０°（＝３６０°／３）であると共振現象が発生する。そのため、スイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致する周波数を境にして、多相昇圧コンバータ１１は駆動信号間の位相差を切り替える。
具体的には、図５の２段目のグラフに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数の３分の１以上、かつ、共振周波数Ｆｒの２分の１よりも低い場合（２Ｆｓ＜Ｆｒとなる場合）、Ｕ相とＶ相の駆動信号間の位相差及びＶ相とＷ相の駆動信号間の位相差を９０°、かつ、Ｗ相とＵ相の駆動信号の位相差を１８０°として動作する。この場合、リップル周波数Ｆｒｐには、共振周波数Ｆｒの２倍（２Ｆｒ）の周波数成分と、共振周波数Ｆｒと同じ周波数成分とが含まれる。
そして、上述の条件ＩＩＩに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒの２分の１に到達すると（すなわち、２Ｆｓ＝Ｆｒとなる場合）、３相駆動中の２相であるＷ相とＵ相の駆動信号の位相差が１８０°（＝３６０°／２）であると、共振現象が発生する。そのため、スイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致する周波数を境にして、多相昇圧コンバータ１１は駆動信号間の位相差を切り替える。
具体的には、図３の３段目のグラフに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数の２分の１以上、かつ、共振周波数Ｆｒよりも低い場合（Ｆｓ＜Ｆｒとなる場合）、Ｕ相とＶ相の駆動信号間の位相差を９０°、Ｕ相とＷ相の駆動信号間の位相差を２４０°、かつ、Ｗ相とＵ相の駆動信号の位相差を１２０°として動作する。この場合、リップル周波数Ｆｒｐは、共振周波数Ｆｒと同じ周波数成分のみとなる。
そして、上述の条件Ｉに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒに到達すると（すなわち、Ｆｓ＝Ｆｒとなる場合）、３相駆動中の３相の駆動信号間の位相差が１２０°（＝３６０°／３）でないと、共振現象が発生する。そのため、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致する周波数を境にして、多相昇圧コンバータ１１は駆動信号間の位相差を切り替える。
具体的には、図５の最下段のグラフに示すように、スイッチング周波数Ｆｓが共振周波数以上（Ｆｓ≦Ｆｒとなる場合）、Ｕ相とＶ相の駆動信号間の位相差、Ｖ相とＷ相の駆動信号間の位相差、及び、Ｗ相とＵ相の駆動信号の位相差を１２０°として動作する。
続いて、多相昇圧コンバータ１１を２相駆動で動作させた場合について説明する。そこで、図６に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを２相で制御した場合の制御信号間の位相制御のフローチャートを示す。
図６に示すように、制御部１２は、まず、共振周波数Ｆｒの計算を行う（ステップＳ２０）。この計算は上記の（１）式を用いて行われる。なお、共振周波数Ｆｒの計算は、システム１の構成により決まるものであるため、予め計算しておいても良い。
次いで、制御部１２は、周波数判定ステップ（ステップＳ２１、Ｓ２４）及び位相差設定ステップ（Ｓ２３、Ｓ２６）を行う。
具体的には、制御部１２は、ステップＳ２０が終了した後、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１においてスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ２１のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件Ｉに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を１８０°とし（ステップＳ２３）、処理を終了する。
ステップＳ２１においてスイッチング周波数Ｆｓの周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ２１のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４においてスイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ２４のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を１８０°以外の位相差とし（ステップＳ２６）、処理を終了する。また、ステップＳ２４でスイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ２４のＮＯの枝）は、現状の駆動信号間の位相差を変更せずに、処理を終了する。
なお、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１は、スイッチング周波数Ｆｓが切り替わる度に、ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２６を繰り返す。
続いて、多相昇圧コンバータ１１を４相駆動で動作させた場合について説明する。そこで、図７に実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータを４相で制御した場合の制御信号間の位相制御のフローチャートを示す。
図７に示すように、制御部１２は、まず、共振周波数Ｆｒの計算を行う（ステップＳ３０）。この計算は上記の（１）式を用いて行われる。なお、共振周波数Ｆｒの計算は、システム１の構成により決まるものであるため、予め計算しておいても良い。
次いで、制御部１２は、周波数判定ステップ（ステップＳ３１、Ｓ３４、Ｓ３７、Ｓ４０）及び位相差設定ステップ（Ｓ３３、Ｓ３６、Ｓ３９、Ｓ４２）を行う。
具体的には、制御部１２は、ステップＳ３０が終了した後、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１においてスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ３１のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件Ｉに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を９０°又は位相差が１８０°となる制御信号の２組とし（ステップＳ３３）、処理を終了する。
ステップＳ３１においてスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ３１のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４においてスイッチング周波数Ｆｓの２倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ３４のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩＩに基づき、４相中の２相の駆動信号の間の位相差を１８０°以外の位相差（但し、各相の位相差が９０°であれば可能）とし（ステップＳ３６）、処理を終了する。
ステップＳ３４においてスイッチング周波数Ｆｓが共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ３４のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７においてスイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ３７のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩＩに基づき、４相中の３相の駆動信号の間の位相差を１２０°以外の位相差とし（ステップＳ３９）、処理を終了する。
ステップＳ３７においてスイッチング周波数Ｆｓの３倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ３７のＮＯの枝）、制御部１２は、スイッチング周波数Ｆｓの４倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致するか否かを判断する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０においてスイッチング周波数Ｆｓの４倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致した場合（ステップＳ４０のＹＥＳの枝）、制御部１２は、上述した条件ＩＩに基づき、各相の駆動信号の間の位相差を９０°以外の位相差とし（ステップＳ４２）、処理を終了する。また、ステップＳ４０でスイッチング周波数Ｆｓの４倍の周波数が共振周波数Ｆｒと一致しないと判断された場合（ステップＳ４０のＮＯの枝）は、現状の駆動信号間の位相差を変更せずに、処理を終了する。
なお、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１は、スイッチング周波数Ｆｓが切り替わる度に、ステップＳ３１、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３６、Ｓ３７、Ｓ３９、Ｓ４０、Ｓ４２を繰り返す。
上記説明より、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１では、駆動信号のスイッチング周波数と、駆動信号間の位相差と、に基づき出力電圧に重畳されるリップルの周波数が共振回路の共振周波数と一致することで共振現象が発生すると判断された場合に、駆動信号間の位相差を変更することで、リップル周波数を共振周波数からずらす。これにより、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１は、共振回路中に共振周波数をずらすための回路或いは素子を設けることなく、共振回路で発生する共振現象を回避することができる。つまり、実施の形態１にかかる多相昇圧コンバータ１１を用いることで、システムの体積及び重量を増加させることなく、システム上で発生する共振現象を回避することができる。
特に、多相昇圧コンバータの小型化をするためには、駆動信号のスイッチング周波数Ｆｓを高めることが有効である。しかしながら、スイッチング周波数を、多相昇圧コンバータ１１と電力制御ユニット２０とを接続する経路に形成される共振回路の共振周波数Ｆｒよりも高くしようとする場合、共振回路における共振現象を回避しなければ出力電圧が過剰に上昇するため電力制御ユニット２０にこの出力電圧の上昇に対応するための対策を施さなければならない問題がある。このようなことから、スイッチング周波数を高める場合に、システムの体積及び重量を抑制しながら共振回路の共振現象を回避する意義は大きい。
上記説明は、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
１ システム
１０ 入力電源
１１ 多相昇圧コンバータ
１２ 制御部
２０ 電力制御ユニット

Claims (3)

  1. 入力電圧が与えられる入力端子と、負荷回路に供給する出力電圧が出力される出力端子と、の間に並列に接続された複数の昇圧回路を、同一周波数を有する複数の駆動信号によりそれぞれ駆動する多相昇圧コンバータの制御方法であって、
    Ｎ（２以上の整数）個の前記昇圧回路を駆動中に、前記複数の駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、前記第２の周波数が前記多相昇圧コンバータと前記負荷回路との間に形成される共振回路の共振周波数のＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定するステップと、
    前記第２の周波数が前記共振周波数のＭ倍である場合、前記複数の駆動信号間の位相差を前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とするステップと、
    を有する多相昇圧コンバータの制御方法。
  2. 前記多相昇圧コンバータが有する前記複数の昇圧回路の個数をＡ（Ｎ以上の整数）個とすると、
    前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差は、３６０°を２から前記Ａの値で除した各値を選択肢として設定される請求項１に記載の多相昇圧コンバータの制御方法。
  3. 入力電圧が与えられる入力端子と、負荷回路に供給する出力電圧が出力される出力端子と、の間に並列に接続された複数の昇圧回路と、
    同一周波数を有する複数の駆動信号により前記複数の昇圧回路をそれぞれ駆動する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    Ｎ（２以上の整数）個の前記昇圧回路を駆動中に、前記複数の駆動信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数を切り替える際に、前記第２の周波数が前記出力端子と前記負荷回路との間に形成される共振回路の共振周波数のＭ（Ｎ以下の自然数）倍であるかを判定し、
    前記第２の周波数が前記共振周波数のＭ倍である場合、前記複数の駆動信号間の位相差を前記Ｍの値に応じて定まる共振現象を回避する位相差とする多相昇圧コンバータ。
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