JP6361479B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる電力変換装置を車両に搭載した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
この処理は、図2に示すものとなる。ここで、図2(a)は、リアクトル16に流れる電流(以下、リアクトル電流IL)の推移を示し、図2(b)は、第1駆動回路38pから上アームスイッチ14pのゲートに入力される第1操作信号gpの推移を示し、図2(c)は、第2駆動回路38nから下アームスイッチ14nのゲートに入力される第2操作信号gnの推移を示す。なお、降圧動作処理が行われる場合において、図2(a)に示すリアクトル電流ILは、リアクトル16の両端のうち各スイッチ14p,14nの接続点側から第2コンデンサ12b側へと流れる方向を正と定義する。また、本実施形態では、降圧動作処理が行われる場合において、上アームスイッチ14pが「メインスイッチ」に相当し、下アームスイッチ14nが「同期整流スイッチ」に相当する。
昇圧動作処理時においては、下アームスイッチ14nのZVSを実現し、下アームスイッチ14nのターンオン損失を低減させる。なお、昇圧動作処理が行われる場合において、リアクトル電流ILは、リアクトル16の両端のうち第2コンデンサ12b側から各スイッチ14p,14nの接続点側へと流れる方向を正と定義する。また、本実施形態では、昇圧動作処理が行われる場合において、下アームスイッチ14nが「メインスイッチ」に相当し、上アームスイッチ14pが「同期整流スイッチ」に相当する。
続いて、図2及び図6〜図9を用いて、制御回路30の行う処理のうち、降圧昇圧動作処理について説明する。
図10〜図12を用いて、電力変換装置10の出力電流推定処理について説明する。なお、本実施形態において、電流推定器36が「電流推定手段」に相当する。
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4の実施形態について、先の第3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〜第3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。先の第1〜第3の実施形態では、各操作信号gp,gnに付与されるデッドタイムDTにおけるLC共振回路の共振時間TLCがスイッチング周期Tswに対して無視できるほど十分小さい場合における出力電流推定手法について説明した(先の図10参照)。本実施形態では、共振時間TLCがスイッチング周期Tswに対して無視できないような場合における出力電流推定手法について説明する。
以下、第6の実施形態について、先の第4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。上記第4の実施形態では、デッドタイムDT中における共振時間がスイッチング周期Tswに対して無視できるほど十分小さい場合における出力電流推定手法について説明した(先の図16参照)。本実施形態では、共振時間がスイッチング周期Tswに対して無視できないような場合における出力電流推定手法について説明する。
以下、第7の実施形態について、先の第5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。本実施形態では、負荷電流に基づいて、電流推定式を選択する。
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。
Claims (12)
- リアクトル(16;46a,46b)と、
オン状態とされることで電源(20,22)を前記リアクトルに接続し、前記電源から前記リアクトルに電流を供給して前記リアクトルにエネルギを蓄積させるメインスイッチ(14p,14n;44a,44b)と、
前記メインスイッチがオフ状態とされている期間中にオン状態とされることで前記リアクトルを負荷(22,20)に接続し、前記リアクトルに蓄積されたエネルギを放出させて前記リアクトルから前記負荷に電流を供給する同期整流スイッチ(14n,14p;44b,44a)と、を備える電力変換装置において、
前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作する操作手段(30)と、
前記操作手段によって前記同期整流スイッチがオフ状態に切り替えられてからの前記メインスイッチの端子間電圧の低下速度と相関を有する時間であるスイッチング遷移時間を検出する遷移時間検出手段(32b,34;37c,34)と、を備え、
前記操作手段は、前記遷移時間検出手段によって検出されたスイッチング遷移時間がその目標時間となるように、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作し、
前記操作手段によって前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとが相補的にオンオフ操作されている状況下において、前記メインスイッチのオン操作時間及び前記同期整流スイッチのオン操作時間のうち少なくとも一方と、前記電源から当該電力変換装置への入力電圧及び当該電力変換装置から前記負荷への出力電圧のうち少なくとも一方とに基づき、前記リアクトルから前記負荷へと流れる出力電流を推定する電流推定手段(36;36a)を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記操作手段は、
前記出力電圧とその目標電圧との偏差に基づき、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチのそれぞれのスイッチング周期に対するオン操作時間の比率であるオン時間比を算出するオン時間比算出手段(37b)と、
前記スイッチング遷移時間と前記目標時間との偏差に基づき、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチのそれぞれのスイッチング周期を算出する周期算出手段(37e)と、を含み、
前記オン時間比算出手段によって算出されたオン時間比と、前記周期算出手段によって算出されたスイッチング周期とに基づき、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記操作手段は、
前記出力電圧と、前記入力電圧とに基づき、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチのそれぞれのスイッチング周期に対するオン操作時間の比率であるオン時間比を算出するオン時間比算出手段(32a)と、
前記スイッチング遷移時間と前記目標時間との偏差に基づき、前記スイッチング遷移時間を前記目標時間とするための補正値を算出する補正値算出手段(32d)と、
前記補正値算出手段によって算出された補正値で、前記オン時間比算出手段によって算出されたオン時間比を補正する補正手段(32e,32f)と、を含み、
前記補正手段によって補正されたオン時間比に基づき、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記操作手段は、
前記出力電圧とその目標電圧との偏差に基づき、前記出力電流の第1目標値を算出する第1目標値算出手段(32l)と、
前記第1目標値と、外部から入力された第2目標値とのうち、小さい方を前記出力電流の最終目標値として算出する最終目標値算出手段(32m)と、を含み、
前記電流推定手段によって推定された出力電流と、前記最終目標値との偏差に基づき、前記推定された出力電流が前記最終目標値以下となるように、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作することを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記遷移時間検出手段は、前記同期整流スイッチに対してオフ操作指令がなされてから、前記オフ操作指令によって前記メインスイッチの端子間電圧が低下して閾値電圧となるまでの時間を、前記スイッチング遷移時間として検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記操作手段は、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの双方がオフ操作されるデッドタイムを挟みつつ、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作し、
前記メインスイッチ(14p)及び前記同期整流スイッチ(14n)は直列接続され、
前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの接続点には、前記リアクトル(16)の一端が接続され、
前記メインスイッチは、オン状態とされることにより、前記電源(20)、前記メインスイッチ、前記リアクトル及び前記負荷(22)を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチは、オン状態とされることにより、前記負荷、前記同期整流スイッチ及び前記リアクトルを備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36)は、前記デッドタイム、前記メインスイッチのオン操作時間、前記出力電圧及び前記入力電圧に基づき、前記出力電流を推定する低負荷電流推定処理を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記操作手段は、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの双方がオフ操作されるデッドタイムを挟みつつ、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作し、
前記メインスイッチ(14n)及び前記同期整流スイッチ(14p)は直列接続され、
前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの接続点には、前記リアクトル(16)の一端が接続され、
前記メインスイッチは、オン状態とされることにより、前記電源(22)、前記リアクトル及び前記メインスイッチを備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチは、オン状態とされることにより、前記電源、前記リアクトル、前記同期整流スイッチ及び前記負荷(20)を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36)は、前記デッドタイム、前記メインスイッチのオン操作時間、前記出力電圧及び前記入力電圧に基づき、前記出力電流を推定する低負荷電流推定処理を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記操作手段は、前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの双方がオフ操作されるデッドタイムを挟みつつ、前記メインスイッチと前記同期整流スイッチとを相補的にオンオフ操作し、
前記リアクトルは、1次巻線(46a,46b)、及び該1次巻線と磁気結合された2次巻線(46b,46a)を有するトランス(46)であり、
前記メインスイッチ(44a,44b)及び前記1次巻線は、前記メインスイッチがオン状態とされることにより、前記電源、前記メインスイッチ及び前記1次巻線を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチ及び前記2次巻線は、前記同期整流スイッチがオン状態とされることにより、前記2次巻線、前記同期整流スイッチ及び前記負荷を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36a)は、前記デッドタイム、前記メインスイッチのオン操作時間、前記入力電圧、並びに前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチのスイッチング周期に基づき、前記出力電流を推定する低負荷電流推定処理を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記電流推定手段は、前記リアクトルから前記負荷へと流れる出力電流が0よりも大きい規定電流以下であることを条件として、前記低負荷電流推定処理によって前記出力電流を推定することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記メインスイッチ(14p)及び前記同期整流スイッチ(14n)は直列接続され、
前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの接続点には、前記リアクトル(16)の一端が接続され、
前記メインスイッチは、オン状態とされることにより、前記電源(20)、前記メインスイッチ、前記リアクトル及び前記負荷(22)を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチは、オン状態とされることにより、前記負荷、前記同期整流スイッチ及び前記リアクトルを備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36)は、前記メインスイッチのオン操作時間、前記出力電圧、及び前記入力電圧を含む第1パラメータ群と、前記同期整流スイッチのオン操作時間及び前記出力電圧を含む第2パラメータ群とのうち、少なくとも一方のパラメータ群に基づき、前記出力電流を推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記メインスイッチ(14n)及び前記同期整流スイッチ(14p)は直列接続され、
前記メインスイッチ及び前記同期整流スイッチの接続点には、前記リアクトル(16)の一端が接続され、
前記メインスイッチは、オン状態とされることにより、前記電源(22)、前記リアクトル及び前記メインスイッチを備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチは、オン状態とされることにより、前記電源、前記リアクトル、前記同期整流スイッチ及び前記負荷(20)を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36)は、前記メインスイッチのオン操作時間及び前記入力電圧を含む第3パラメータ群と、前記同期整流スイッチのオン操作時間、前記出力電圧及び前記入力電圧を含む第4パラメータ群とのうち、少なくとも一方のパラメータ群に基づき、前記出力電流を推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記リアクトルは、1次巻線(46a,46b)、及び該1次巻線と磁気結合された2次巻線(46b,46a)を有するトランス(46)であり、
前記メインスイッチ(44a,44b)及び前記1次巻線は、前記メインスイッチがオン状態とされることにより、前記電源、前記メインスイッチ及び前記1次巻線を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記同期整流スイッチ及び前記2次巻線は、前記同期整流スイッチがオン状態とされることにより、前記2次巻線、前記同期整流スイッチ及び前記負荷を備える閉回路が形成されるように設けられ、
前記電流推定手段(36a)は、前記メインスイッチのオン操作時間及び前記入力電圧を含む第5パラメータ群と、前記同期整流スイッチのオン操作時間及び前記出力電圧を含む第6パラメータ群とのうち、少なくとも一方のパラメータ群に基づき、前記出力電流を推定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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