JP6642351B2

JP6642351B2 - 電力変換回路の制御装置

Info

Publication number: JP6642351B2
Application number: JP2016177958A
Authority: JP
Inventors: 慶徳林; 智貴鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: JP2017063604A

Description

本発明は、電力変換回路の制御装置に関する。

従来、入力電圧を所定の電圧値に変換して出力する電圧変換回路が知られている。例えば下記特許文献１には、第１，第２電源ユニットを備える電圧変換回路が記載されている。第１，第２電源ユニットは、互いに並列接続されている。この電圧変換回路では、電圧変換回路が出力すべき電力の大小に応じて駆動態様を変更している。詳しくは、電圧変換回路が出力すべき電力が高い高負荷状態である場合、第１，第２電源ユニットの双方を駆動させ、電圧変換回路が出力すべき電力が高負荷状態よりも低い低負荷状態である場合、第１電源ユニットのみを駆動させている。これにより、低負荷状態における電圧変換回路の損失の低減を図っている。

特開２０１１−１５５６２号公報

電圧変換回路としては、上記特許文献１に記載の電圧変換回路の他に、入力電圧を昇圧して出力する昇圧動作が可能な電力変換回路もある。この電力変換回路においても、電力変換回路が出力すべき電力の大小に応じて駆動態様を変更することにより、低負荷状態における電力変換回路の損失を低減できる構成が望まれる。

本発明は、低負荷状態における電力変換回路の損失を低減できる電力変換回路の制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、入力電圧を変換して出力する電力変換回路（１０）に適用される。前記電力変換回路は、第１端が直流電源（２０）の正極側に接続されたリアクトル（１１）と、前記直流電源の負極側及び前記リアクトルの第２端の間に接続され、互いに並列接続された複数の下アームスイッチ（Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ；Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ，Ｓ３ｎ）と、複数の前記下アームスイッチと前記リアクトルの第２端との接続点に接続され、前記接続点から自身へと向かう規定方向の電流の流通を許容し、前記規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する上アーム整流素子（Ｄ１ｐ，Ｄ２ｐ；Ｄ１ｐ，Ｄ２ｐ，Ｄ３ｐ）と、を備え、前記下アームスイッチを駆動スイッチとし、該駆動スイッチのスイッチング制御により入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路である。第１の発明は、前記昇圧回路から出力すべき電力が高い高負荷状態、及び前記高負荷状態よりも出力すべき電力が低い低負荷状態のいずれであるかを判定する負荷判定部（４０）と、前記負荷判定部により前記高負荷状態であると判定された場合、複数の前記駆動スイッチのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する高負荷制御部（４０）と、前記負荷判定部により前記低負荷状態であると判定された場合、前記高負荷制御部により互いに同期させられたオン期間のうち、一部のオン期間を間引いた状態で複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する低負荷制御部（４０）と、を備える。

上記発明では、昇圧回路から出力すべき電力が高い高負荷状態に備えて、駆動スイッチ群として複数の下アームスイッチを備えている。高負荷状態においては、複数の下アームスイッチのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で複数の下アームスイッチをスイッチング制御する。これにより、直流電源からリアクトルへと流れる電流を複数の下アームスイッチのそれぞれに分配し、高負荷状態における下アームスイッチの信頼性の維持を図っている。

一方、昇圧回路から出力すべき電力が高負荷状態よりも低い低負荷状態においては、直流電源からリアクトルへと流れる電流が高負荷状態よりも小さい。このため、リアクトルに流れる電流を複数の下アームスイッチのそれぞれに分配せずに特定の下アームスイッチに負担させても、下アームスイッチの信頼性は低下しない。

そこで上記発明は、高負荷状態であると判定された場合、複数の下アームスイッチのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で複数の下アームスイッチをスイッチング制御する高負荷制御部を備えている。また上記発明は、さらに、低負荷状態であると判定された場合、高負荷制御部により互いに同期させられたオン期間のうち、一部のオン期間を間引いた状態で複数の下アームスイッチをスイッチング制御する低負荷制御部を備えている。このため、低負荷状態における下アームスイッチのスイッチング回数を高負荷状態における下アームスイッチのスイッチング回数よりも減らすことができる。これにより、低負荷状態における昇圧回路の損失を低減することができる。

ここで第１の発明としては、具体的には第３の発明のように、複数の前記駆動スイッチの数に前記駆動スイッチのスイッチング周期を乗算した時間が規定時間と定義されており、前記低負荷制御部は、前記規定時間において複数の前記駆動スイッチのそれぞれが１回ずつオンされるように、複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する構成を採用することができる。

上記発明では、リアクトルに流れる電流を、駆動スイッチ群としての複数の下アームスイッチのそれぞれに均等に分配することができ、複数の下アームスイッチのうち特定のスイッチが集中して使用されるのを回避できる。このため、複数の下アームスイッチのそれぞれについて、温度のばらつきを抑制したり、劣化の進行度合いの偏りを抑制したりすることができる。

第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。スイッチング制御の手順を示すフローチャート。スイッチング制御を示すタイムチャート。テール電流による損失を示す図。第２実施形態に係る制御システムの全体構成図。低負荷状態におけるスイッチング制御を示すタイムチャート。低負荷状態におけるスイッチング制御を示すタイムチャート。第３実施形態に係る低負荷状態におけるスイッチング制御を示すタイムチャート。高負荷状態におけるスイッチング制御を示すタイムチャート。第４実施形態に係る制御システムの全体構成図。ＥＣＵ及び駆動回路のそれぞれから出力される駆動信号を示すタイムチャート。その他の実施形態に係るスイッチング制御を示すタイムチャート。その他の実施形態に係る制御システムの全体構成図。その他の実施形態に係るスイッチング制御を示すタイムチャート。その他の実施形態に係るスイッチング制御を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る電力変換回路の制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、制御システムを構成する電力変換回路としての昇圧回路１０は、バッテリ等の直流電源２０の出力電圧を昇圧して出力するチョッパ方式のものである。昇圧回路１０は、１つのリアクトル１１と、第１コンデンサ１２とを備えている。リアクトル１１の第１端には、昇圧回路１０の正極側入力端子Ｔｉｐを介して直流電源２０の正極端子が接続されている。第１コンデンサ１２の第１端には、正極側入力端子Ｔｉｐが接続され、第１コンデンサ１２の第２端には、昇圧回路１０の負極側入力端子Ｔｉｎを介して直流電源２０の負極端子に接続されている。これにより、第１コンデンサ１２は、直流電源２０に並列接続されている。

昇圧回路１０は、第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第１下アームスイッチＳ１ｎの直列接続体と、第２上アームスイッチＳ２ｐ及び第２下アームスイッチＳ２ｎの直列接続体とを備えている。本実施形態では、各スイッチＳ１ｐ，Ｓ１ｎ，Ｓ２ｐ，Ｓ２ｎとして、電圧制御形の半導体スイッチを用いており、具体的にはＩＧＢＴを用いている。また、各スイッチＳ１ｐ，Ｓ１ｎ，Ｓ２ｐ，Ｓ２ｎには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。詳しくは、第１上アームスイッチＳ１ｐには、第１上アームダイオードＤ１ｐが逆並列に接続され、第１下アームスイッチＳ１ｎには、第１下アームダイオードＤ１ｎが逆並列に接続されている。第２上アームスイッチＳ２ｐには、第２上アームダイオードＤ２ｐが逆並列に接続され、第２下アームスイッチＳ２ｎには、第２下アームダイオードＤ２ｎが逆並列に接続されている。ちなみに本実施形態において、第１上アームダイオードＤ１ｐ及び第２上アームダイオードＤ２ｐが上アーム整流素子に相当する。

第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第１下アームスイッチＳ１ｎの接続点と、第２上アームスイッチＳ２ｐ及び第２下アームスイッチＳ２ｎの接続点とには、リアクトル１１の第２端が接続されている。第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第２上アームスイッチＳ２ｐのコレクタには、昇圧回路１０の正極側出力端子Ｔｏｐが接続され、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎのエミッタには、昇圧回路１０の負極側入力端子Ｔｉｎ及び負極側出力端子Ｔｏｎが接続されている。

昇圧回路１０は、第２コンデンサ１３を備えている。第２コンデンサ１３の第１端には、正極側出力端子Ｔｏｐが接続され、第２コンデンサ１３の第２端には、負極側出力端子Ｔｏｎに接続されている。

正極側出力端子Ｔｏｐ及び負極側出力端子Ｔｏｎには、昇圧回路１０から電力が供給される負荷３０が接続されている。本実施形態では、負荷３０として、昇圧回路１０から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータを用いている。インバータには、交流電圧が印加されることにより駆動する図示しないモータが接続されている。

制御システムは、入力電圧センサ２１、出力電圧センサ２２、及び電流センサ２３を備えている。入力電圧センサ２１は、第１コンデンサ１２の端子間電圧を昇圧回路１０の入力電圧Ｖｉｎとして検出する入力電圧検出部である。出力電圧センサ２２は、第２コンデンサ１３の端子間電圧を昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔとして検出する出力電圧検出部である。電流センサ２３は、リアクトル１１に流れる電流をリアクトル電流ＩＬとして検出する電流検出部である。

制御システムは、ＥＣＵ４０を備えている。ＥＣＵ４０には、入力電圧センサ２１、出力電圧センサ２２及び電流センサ２３の検出値が入力される。ＥＣＵ４０は、昇圧回路１０の昇圧動作時において、昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔを目標電圧Ｖｔｇｔにフィードバック制御すべく、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎをオンオフ制御する。

ＥＣＵ４０は、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び目標電圧Ｖｔｇｔに基づいて、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎのデューディＤｕｔｙを設定する。デューディＤｕｔｙは、１スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン時間Ｔａの比率「Ｔａ／Ｔｓｗ」のことである。ＥＣＵ４０は、目標電圧Ｖｔｇｔが高いほど、デューディＤｕｔｙを大きく設定する。

制御システムは、集積回路からなる第１〜第４駆動回路４１〜４４を備えている。ＥＣＵ４０は、設定したデューディＤｕｔｙに従って各駆動回路４１〜４４に対応する駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各駆動回路４１〜４４に出力する。第１駆動回路４１は、ＥＣＵ４０から入力された駆動信号に基づいて、第１下アームスイッチＳ１ｎに対して駆動信号ｇ１ｎを出力することにより第１下アームスイッチＳ１ｎをオンオフ制御する。第２駆動回路４２は、ＥＣＵ４０から入力された駆動信号に基づいて、第２下アームスイッチＳ２ｎに対して駆動信号ｇ２ｎを出力することにより第２下アームスイッチＳ２ｎをオンオフ制御する。第３駆動回路４３は、ＥＣＵ４０から入力された駆動信号に基づいて、第１上アームスイッチＳ１ｐに対して駆動信号ｇ１ｐを出力することにより第１上アームスイッチＳ１ｐをオンオフ制御する。第４駆動回路４４は、ＥＣＵ４０から入力された駆動信号に基づいて、第２上アームスイッチＳ２ｐに対して駆動信号ｇ２ｐを出力することにより第２上アームスイッチＳ２ｐをオンオフ制御する。ちなみに本実施形態において、昇圧動作が行われる場合、各下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎが「駆動スイッチ」に相当する。

なお本実施形態において、昇圧動作時においては、第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第２上アームスイッチＳ２ｐはオフのままである。

ＥＣＵ４０は、第２コンデンサ１３から入力される直流電圧を降圧して第１コンデンサ１２へと出力する降圧動作を行うべく、第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第２上アームスイッチＳ２ｐをオンオフ制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、入力電圧センサ２１及び出力電圧センサ２２により検出された電圧に基づいてデューディＤｕｔｙを設定し、設定したデューディＤｕｔｙに基づいて、第１上アームスイッチＳ１ｐ及び第２上アームスイッチＳ２ｐをオンオフ制御する。降圧動作は、例えば、負荷３０から直流電源２０へと電力が供給される回生時に行われる。ちなみに本実施形態において、降圧動作が行われる場合、各上アームスイッチＳ１ｐ，Ｓ２ｐが「駆動スイッチ」に相当する。

ＥＣＵ４０は、昇圧回路１０の負荷状態が高負荷状態及び低負荷状態のいずれであるかを判定し、その判定結果に基づいて、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動態様を変更するスイッチング制御を行う。高負荷状態とは、昇圧動作が行われる場合において昇圧回路１０から負荷３０へと出力すべき電力又は降圧動作が行われる場合において負荷３０から昇圧回路１０へと供給される電力が高い状態のことである。すなわち、昇圧回路１０と負荷３０との間で伝達される電力が高い状態のことである。一方、低負荷状態とは、高負荷状態よりも昇圧回路１０から負荷３０へと出力すべき電力又は負荷３０から昇圧回路１０へと供給される電力が低い状態のことである。本実施形態において、ＥＣＵ４０が負荷判定部、高負荷制御部及び低負荷制御部を含む。

図２に、本実施形態に係る昇圧動作が行われる場合におけるスイッチング制御の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、判定フラグＦの値が１であるか否かを判定する。判定フラグＦは、１によって昇圧回路１０に要求される現在の負荷状態が高負荷状態であることを示し、０によって現在の負荷状態が低負荷状態であることを示す。

ステップＳ１０において判定フラグＦの値が１であると判定した場合には、現在の負荷状態が高負荷状態であると判定し、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、電流センサ２３により検出されたリアクトル電流ＩＬが第１閾値α１以下になったか否かを判定する。この処理は、現在の負荷状態が高負荷状態から低負荷状態へと移行するか否かを判定するための処理である。

ステップＳ１１において否定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、判定フラグＦの値を１とする。

続くステップＳ１３では、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎをオンオフする高負荷スイッチング制御を行う。これにより、直流電源２０からリアクトル１１へと流れる電流を第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれに均等に分配し、高負荷状態における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎの信頼性の維持を図る。

一方、ステップＳ１１で肯定判定した場合には、高負荷状態から低負荷状態へと移行すると判定し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、判定フラグＦの値を０とする。

続くステップＳ１５では、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれを１スイッチング周期Ｔｓｗ毎に交互にオンする低負荷スイッチング制御を行う。低負荷状態においては、直流電源２０からリアクトル１１へと流れる電流が高負荷状態よりも小さい。このため、リアクトル１１に流れる電流を第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれに分配せずに第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのいずれかに負担させても、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎの信頼性は低下しない。この点に鑑み、低負荷スイッチング制御を行う。

ステップＳ１０において判定フラグＦの値が１でないと判定した場合には、現在の判定フラグＦの値が０であると判定し、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、リアクトル電流ＩＬが第１閾値α１よりも大きい第２閾値α２以上になったか否かを判定する。この処理は、現在の負荷状態が低負荷状態から高負荷状態へと移行するか否かを判定するための処理である。

ステップＳ１６において否定判定した場合には、ステップＳ１４に進む。一方、ステップＳ１６において肯定判定した場合には、ステップＳ１２に進む。

図３に、本実施形態に係る昇圧動作が行われる場合におけるスイッチング制御の一例を示す。ここで、図３（ａ）は第１下アームスイッチＳ１ｎの駆動状態の推移を示し、図３（ｂ）は第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動状態の推移を示し、図３（ｃ）はリアクトル電流ＩＬの推移を示し、図３（ｄ）は判定フラグＦの値の推移を示す。なお図３（ｃ）では、リアクトル電流ＩＬに含まれるリップル成分を無視している。

図示される例では、時刻ｔ１よりも前において、高負荷スイッチング制御が行われている。これにより、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎのそれぞれは、オン切り替えタイミング及びオフ切り替えタイミングを同期させながらオンオフ制御される。

その後時刻ｔ１において、リアクトル電流ＩＬが低下して第１閾値α１以下になったと判定される。このため、判定フラグＦの値が１から０に切り替えられ、低負荷スイッチング制御が開始される。これにより、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれの１スイッチング周期が、高負荷スイッチング制御時の１スイッチング周期Ｔｓｗの２倍に設定されつつ、第１下アームスイッチＳ１ｎ及び第２下アームスイッチＳ２ｎのそれぞれが交互にオンされる。すなわち、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのオン期間が互いに重複しないように第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれがオンオフ制御される。このため、低負荷スイッチング制御時における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのスイッチング回数を、高負荷スイッチング制御時における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのスイッチング回数の半分にすることができる。これにより、低負荷状態における昇圧回路１０のスイッチング損失を低減することができる。なお図４に、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのターンオフ時におけるテール電流による損失Ｅｏｆｆと、ターンオフ直前に流れるコレクタ電流Ｉｃｅとの関係を示した。

その後時刻ｔ２において、リアクトル電流ＩＬが上昇して第２閾値α２以上になったと判定される。このため、判定フラグＦの値が０から１に切り替えられ、高負荷スイッチング制御が開始される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

昇圧回路１０の現在の負荷状態が低負荷状態であると判定した場合、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれが１スイッチング周期Ｔｓｗ毎に交互にオンする低負荷スイッチング制御を行った。このため、低負荷状態における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのスイッチング回数を高負荷状態における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのスイッチング回数の半分に減らすことができる。これにより、低負荷状態における昇圧回路１０の損失を低減することができる。

低負荷スイッチング制御において、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのスイッチング周期を同一に設定しつつ、これらスイッチを交互にオンした。このため、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち特定のスイッチが集中して使用されるのを回避できる。これにより、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれについて、温度のばらつきを抑制したり、劣化の進行度合いの偏りを抑制したりできる。

なお、降圧動作が行われる場合においても、先の図２に示したスイッチング制御と同様のスイッチング制御を行うことができる。このスイッチング制御では、スイッチング制御対象となるスイッチを、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎから第１，第２上アームスイッチＳ１ｐ，Ｓ２ｐに変更すればよい。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１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、図５に示すように、昇圧回路１０の各スイッチの温度を個別に検出する温度センサが制御システムに備えられている。そして、温度センサの検出値をスイッチング制御に反映させる。なお図５において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

制御システムは、第１下アームスイッチＳ１ｎの温度を検出する第１温度センサ２４と、第２下アームスイッチＳ２ｎの温度を検出する第２温度センサ２５とを備えている。制御システムは、さらに、第１上アームスイッチＳ１ｐの温度を検出する第３温度センサ２６と、第２上アームスイッチＳ２ｐの温度を検出する第４温度センサ２７とを備えている。なお各温度センサ２４〜２７は、例えば、感温ダイオードやサーミスタを用いることができる。

各温度センサ２４，２５，２６，２７の検出値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、ＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、第１温度センサ２４により検出された温度である第１温度Ｔ１と、第２温度センサ２５により検出された温度である第２温度Ｔ２とを取得する。ＥＣＵ４０は、低負荷スイッチング制御時において、取得した第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２に基づいて、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち、温度が高い方のスイッチの所定期間におけるスイッチング回数を、残りのスイッチの所定期間におけるスイッチング回数よりも少なく設定する。本実施形態において、ＥＣＵ４０は温度取得部及びスイッチ判定部を含む。

図６を用いて、本実施形態に係る昇圧動作が行われる場合における低負荷スイッチング制御について説明する。ここで、図６（ａ）は第１下アームスイッチＳ１ｎの駆動状態の推移を示し、図６（ｂ）は第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動状態の推移を示し、図６（ｃ）は第２温度Ｔ２の推移を示す。

本実施形態では、第１温度閾値Ｔｔｈ１よりも大きい値が第２温度閾値Ｔｔｈ２として定義されている。そして、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２のうち一方の温度が第１温度閾値Ｔｔｈ１未満となっていると判定されている場合において、他方の温度が上昇して第２温度閾値Ｔｔｈ２以上になったと判定されてから、その後上記他方の温度が低下して第１温度閾値Ｔｔｈ１以下になったと判定されるまでの期間に渡って、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち温度の高い方のスイッチの駆動頻度が低下させられる。図６に示す例では、第１温度Ｔ１が第１温度閾値Ｔｔｈ１未満で推移しているものとする。このため図６（ｃ）には、便宜上、第１温度Ｔ１を図示していない。

図示される例では、第２温度Ｔ２が徐々に上昇することにより、時刻ｔ１において、第２温度Ｔ２が第２温度閾値Ｔｔｈ２以上になったと判定される。このため、第２下アームスイッチＳ２ｎのスイッチング回数が、第１下アームスイッチＳ１ｎのスイッチング回数よりも少なく設定される。本実施形態では、１スイッチング周期Ｔｓｗを３倍した周期が所定期間と定義されている。この場合において、所定期間において、温度の高い方の第２下アームスイッチＳ２ｎが１回オンされ、温度の低い方の第１下アームスイッチＳ１ｎが２回オンされる。

その後、第２温度Ｔ２が低下して第１温度閾値Ｔｔｈ１以下となる時刻ｔ２において、通常の低負荷スイッチング制御に切り替えられる。

なお図６では、１スイッチング周期Ｔｓｗを３倍した周期を所定期間としたがこれに限らない。Ｎを４以上の整数とする場合、１スイッチング周期ＴｓｗをＮ倍した周期を所定期間としてもよい。この場合、所定期間において、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち温度の高い方のスイッチが１回オンされ、温度の低い方のスイッチが「Ｎ−１」回オンされる。

また本実施形態では、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２の両方が第１温度閾値Ｔｔｈ１以上であってかつ第２温度閾値Ｔｔｈ２未満であると判定されている場合には、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２とが比較され、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち温度の高い方のスイッチの駆動頻度が低下させられる。この低下態様を、図７を用いて説明する。ここで、図７（ａ），（ｂ）は先の図６（ａ），（ｂ）に対応しており、図７（ｃ）は第１，第２温度Ｔ１，Ｔ２の推移を示す。

図示される例では、第１，第２温度Ｔ１，Ｔ２が徐々に上昇することにより、時刻ｔ１において、第２温度Ｔ２が第２温度閾値Ｔｔｈ２以上になったと判定される。なお、第１温度Ｔ１は、第１温度閾値Ｔｔｈ１よりも大きくてかつ第２温度閾値Ｔｔｈ２未満であると判定される。このため、温度の低い方の第１下アームスイッチＳ１ｎのスイッチング制御は継続されるものの、温度が高い方の第２下アームスイッチＳ２ｎがオフされる。

その後時刻ｔ２においても、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも高いと判定されるため、第１下アームスイッチＳ１ｎのスイッチング制御が継続され、第２下アームスイッチＳ２ｎのオフが継続される。

その後時刻ｔ３において、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも低いと判定される。このため、第１下アームスイッチＳ１ｎがオフされ、第２下アームスイッチＳ２ｎのスイッチング制御が開始される。そして時刻ｔ４において、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも高いと再度判定される。このため、第１下アームスイッチＳ１ｎのスイッチング制御が開始され、第２下アームスイッチＳ２ｎがオフされる。なお、その後時刻ｔ５においても、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも高いと判定される。

以上説明した本実施形態によれば、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎの温度のばらつきを減らすことができる。さらに本実施形態では、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうちいずれかのオン期間が１スイッチング周期Ｔｓｗ毎に確保されている。これにより、温度に基づいて駆動頻度を制限しつつ、昇圧回路１０から出力すべき電力に対して昇圧回路１０から実際に出力される電力が不足することを回避できる。

なお、降圧動作が行われる場合においても、本実施形態に係る温度に基づくスイッチング制御と同様のスイッチング制御を行うことができる。このスイッチング制御では、スイッチング制御対象となるスイッチを、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎから第１，第２上アームスイッチＳ１ｐ，Ｓ２ｐに変更すればよい。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第２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、温度センサの検出値を低負荷スイッチング制御に反映させる手法を変更する。また本実施形態では、温度センサの検出値を、低負荷スイッチング制御に加えて、高負荷スイッチング制御にも反映させる。

まず、図８を用いて、本実施形態に係る昇圧動作が行われる場合における低負荷スイッチング制御について説明する。ここで、図８（ａ）〜図８（ｃ）は、先の図６（ａ）〜図６（ｃ）に対応している。なお図８（ｃ）では、第１温度Ｔ１を図示していない。図８に示す例において、第１温度Ｔ１は、第１温度閾値Ｔｔｈ１未満で推移しているものとする。

図示される例では、時刻ｔ１において、第２温度Ｔ２が第２温度閾値Ｔｔｈ２以上になったと判定される。このため、第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動が禁止され、第２下アームスイッチＳ２ｎのスイッチング回数が０とされる。また、第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動の禁止に伴い、第１下アームスイッチＳ１ｎが１スイッチング周期Ｔｓｗ毎にオンされる。これにより、昇圧回路１０から出力すべき電力に対して昇圧回路１０から実際に出力される電力が不足することを回避する。なお、その後、第２温度Ｔ２が低下して第１温度閾値Ｔｔｈ１以下になったと判定される時刻ｔ２において、通常の低負荷スイッチング制御に切り替えられる。

また本実施形態では、低負荷スイッチング制御時において、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２の両方が第１温度閾値Ｔｔｈ１以上であってかつ第２温度閾値Ｔｔｈ２未満であると判定されている場合には、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２とが比較され、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち温度の高い方のスイッチの駆動が禁止させられる。

続いて、図９を用いて、本実施形態に係る昇圧動作が行われる場合における高負荷スイッチング制御について説明する。ここで、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、先の図８（ａ）〜図８（ｃ）に対応している。なお図９（ｃ）では、第１温度Ｔ１を図示していない。図９に示す例において、第１温度Ｔ１は、第１温度閾値Ｔｔｈ１未満で推移しているものとする。

図示される例では、時刻ｔ１において、第２温度Ｔ２が第２温度閾値Ｔｔｈ２以上になったと判定される。このため、第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動が禁止され、第２下アームスイッチＳ２ｎのスイッチング回数が０とされる。その後、第２温度Ｔ２が低下して第１温度閾値Ｔｔｈ１以下となる時刻ｔ２において、通常の高負荷スイッチング制御に切り替えられる。

また本実施形態では、高負荷スイッチング制御時において、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２の両方が第１温度閾値Ｔｔｈ１以上であってかつ第２温度閾値Ｔｔｈ２未満であると判定されている場合には、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２とが比較され、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのうち温度の高い方のスイッチの駆動が禁止させられる。

以上説明した本実施形態によれば、高負荷状態及び低負荷状態における第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎの温度のばらつきを減らすことができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第１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、図１０に示すように、駆動回路の構成を変更する。なお図１０において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、制御システムは、集積回路からなる第１，第２駆動回路４５，４６を備えている。ＥＣＵ４０は、設定したデューディＤｕｔｙに従って駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各駆動回路４５，４６に出力する。第１駆動回路４５は、ＥＣＵ４０から入力された単一の駆動信号Ｓｉｇに基づいて、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれに対して駆動信号ｇ１ｎ，ｇ２ｎを出力することにより第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎをオンオフ制御する。第２駆動回路４６は、ＥＣＵ４０から入力された単一の駆動信号に基づいて、第１，第２上アームスイッチＳ１ｐ，Ｓ２ｐのそれぞれに対して駆動信号ｇ１ｐ，ｇ２ｐを出力する。

本実施形態において、第１駆動回路４５及び第２駆動回路４６は、昇圧回路１０に流れる過電流を検出するために、ＥＣＵ４０を介さずに、昇圧回路１０に流れる電流を検出する機能を有している。具体的には例えば、第１駆動回路４５及び第２駆動回路４６は、リアクトル１１に流れる電流又は下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎに流れる電流を検出する機能を有している。

図１１に、低負荷スイッチング制御時における第１駆動回路４５の駆動信号の生成態様を示す。ここで、図１１（ａ）はＥＣＵ４０から出力される駆動信号Ｓｉｇの推移を示し、図１１（ｂ），（ｃ）は第１駆動回路４５から出力される各駆動信号ｇ１ｎ，ｇ２ｎの推移を示す。

図示されるように、第１駆動回路４５により、単一の駆動信号Ｓｉｇのオン指令が交互に振り分けられることで各駆動信号ｇ１ｎ，ｇ２ｎが生成される。また、本実施形態において、第１駆動回路４５は、電流検出機能により検出した電流に基づいて、現在の負荷状態が低負荷状態及び高負荷状態のいずれであるかを判定する。

以上説明した本実施形態によれば、駆動回路の数を下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎの数の半分に減らすことができる。このため、制御システムの体格を小さくすることができる。また本実施形態によれば、ＥＣＵ４０内におけるマイコンのソフトの変更等、ＥＣＵ４０を変更することなく、駆動回路４５を変更することにより、低負荷スイッチング制御を行うことができる。

（その他の実施形態）
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。

・上記第１実施形態では、低負荷スイッチング制御時において、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎを交互にオンしたがこれに限らない。例えば、図１２に示すように、第１，第２下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎのそれぞれを複数回連続してオンしてもよい。なお図１２には、２回連続してオンする例を示した。

・昇圧回路１０に備えられる下アームスイッチの数としては、２つに限らず、３つ以上であってもよい。ここで図１３に、昇圧回路１０に３つの下アームスイッチが備えられる場合を示す。なお図１３において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、制御システムは、さらに、第３下アームスイッチＳ３ｎと、第３上アームスイッチＳ３ｐと、第３上アームダイオードＤ３ｐとを備えている。第３下アームスイッチＳ３ｎは、第５駆動回路４７から出力される駆動信号ｇ３ｎによりオンオフ制御され、第３上アームスイッチＳ３ｐは、第６駆動回路４８から出力される駆動信号ｇ３ｐによりオンオフ制御される。

図１４に、昇圧回路１０に下アームスイッチが３つ備えられる場合のスイッチング制御の一例を示す。ここで、図１４（ａ）は第１下アームスイッチＳ１ｎの駆動状態の推移を示し、図１４（ｂ）は第２下アームスイッチＳ２ｎの駆動状態の推移を示し、図１４（ｃ）は第３下アームスイッチＳ３ｎの駆動状態の推移を示し、図１４（ｄ）は判定フラグＦの値の推移を示す。

図示される例では、時刻ｔ１において高負荷スイッチング制御から低負荷スイッチング制御に切り替えられる。これにより、１スイッチング周期Ｔｓｗを３倍した周期において、各下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ２ｎ，Ｓ３ｎのそれぞれが１回ずつオンされる。

なお、下アームスイッチが３つ備えられる場合の低負荷スイッチング制御としては、図１５に示すものであってもよい。なお、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、先の図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に対応している。図１５には、時刻ｔ２において、高負荷スイッチング制御時において互いに同期させられた３つのオン期間のうち、第２下アームスイッチＳ２ｎのオン期間を間引いた状態で２つの下アームスイッチＳ１ｎ，Ｓ３ｎがオンされる例を示した。

・上記第３実施形態において、下アームスイッチが３つ備えられる場合、３つの下アームスイッチのうち、最も温度が高いスイッチの駆動を禁止し、残り２つのスイッチをオンオフ制御すればよい。

・上記各実施形態では、リアクトル電流ＩＬに基づいて高負荷状態及び低負荷状態のいずれであるかを判定したがこれに限らない。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔにリアクトル電流ＩＬを乗算することにより算出される電力に基づいて、高負荷状態及び低負荷状態のいずれであるかを判定してもよい。

・上記各実施形態では、下アームスイッチと同数の上アームスイッチを昇圧回路１０に備えたがこれに限らない。例えば、上アームスイッチの数を下アームスイッチの数よりも少なくしてもよい。

また上記各実施形態において、上アームスイッチを昇圧回路１０から除去してもよい。この場合であっても、上アームダイオードが昇圧回路１０に備えられることにより、入力電圧を昇圧して出力する昇圧動作が可能となる。

・電流センサ２３としては、リアクトル１１に流れる電流を検出するものに限らず、例えば、下アームスイッチに流れる電流を検出するものであってもよい。

・昇圧回路１０が備えるリアクトルの数としては１つに限らず、複数であってもよい。この場合、複数のリアクトルは、例えば、互いに並列接続されていてもよい。

・昇圧回路１０が備える各スイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。

１０…昇圧回路、１１…リアクトル、４０…ＥＣＵ、Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ…第１，第２下アームスイッチ、Ｄ１ｐ，Ｄ２ｐ…第１，第２上アームダイオード。

Claims

入力電圧を変換して出力する電力変換回路（１０）に適用され、
前記電力変換回路は、
第１端が直流電源（２０）の正極側に接続されたリアクトル（１１）と、
前記直流電源の負極側及び前記リアクトルの第２端の間に接続され、互いに並列接続された複数の下アームスイッチ（Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ；Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ，Ｓ３ｎ）と、
複数の前記下アームスイッチと前記リアクトルの第２端との接続点に接続され、前記接続点から自身へと向かう規定方向の電流の流通を許容し、前記規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する上アーム整流素子（Ｄ１ｐ，Ｄ２ｐ；Ｄ１ｐ，Ｄ２ｐ，Ｄ３ｐ）と、を備え、前記下アームスイッチを駆動スイッチとし、該駆動スイッチのスイッチング制御により入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路であり、
前記昇圧回路から出力すべき電力が高い高負荷状態、及び前記高負荷状態よりも出力すべき電力が低い低負荷状態のいずれであるかを判定する負荷判定部（４０）と、
前記負荷判定部により前記高負荷状態であると判定された場合、複数の前記駆動スイッチのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する高負荷制御部（４０）と、
前記負荷判定部により前記低負荷状態であると判定された場合、前記高負荷制御部により互いに同期させられたオン期間のうち、一部のオン期間を間引いた状態で複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する低負荷制御部（４０）と、を備える電力変換回路の制御装置。
直流電源（２０）に接続されるとともに互いに並列接続された複数の下アームスイッチ（Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ；Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ，Ｓ３ｎ）と、前記下アームスイッチと直列接続されているとともに互いに並列接続された複数の上アームスイッチ（Ｓ１ｐ，Ｓ２ｐ）と、を備え、前記上アームスイッチ又は前記下アームスイッチのいずれかを駆動スイッチとし、該駆動スイッチのスイッチング制御により、前記直流電源と電気機器（３０）との間で電力を変換する電力変換回路に適用され、
前記直流電源と前記電気機器との間で供給される電力が高い高負荷状態、及び前記高負荷状態よりも供給される電力が低い低負荷状態のいずれであるかを判定する負荷判定部（４０）と、
前記負荷判定部により前記高負荷状態であると判定された場合、各スイッチング周期において複数の前記駆動スイッチのそれぞれのオン期間を互いに同期させた状態で複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する高負荷制御部（４０）と、
前記負荷判定部により前記低負荷状態であると判定された場合、各スイッチング周期において複数の前記駆動スイッチのうち一部の駆動スイッチをオンする期間を設けつつ、複数の前記駆動スイッチのうち少なくとも１つの駆動スイッチについて、前記高負荷制御部によりスイッチング制御する場合のオン時間よりもオン時間を減らすように、複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する低負荷制御部（４０）と、を備える電力変換回路の制御装置。
複数の前記駆動スイッチの数に前記駆動スイッチのスイッチング周期を乗算した時間が規定時間と定義されており、
前記低負荷制御部は、前記規定時間において複数の前記駆動スイッチのそれぞれが１回ずつオンされるように、複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御する請求項１又は２に記載の電力変換回路の制御装置。
複数の前記駆動スイッチの温度を取得する温度取得部（４０）と、
前記温度取得部により取得された温度に基づいて、複数の前記駆動スイッチのうち、最も温度が高いスイッチを判定するスイッチ判定部（４０）と、を備え、
前記低負荷制御部は、複数の前記駆動スイッチのうち一部のスイッチのオン期間がスイッチング周期毎に確保されることを条件として、複数の前記駆動スイッチのうち、前記スイッチ判定部により最も温度が高いと判定されているスイッチの所定期間におけるスイッチング回数を、残りのスイッチの前記所定期間におけるスイッチング回数よりも少なくする設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
前記低負荷制御部は、前記スイッチ判定部により最も温度が高いと判定されているスイッチの前記所定期間におけるスイッチング回数を１回以上に設定する請求項４に記載の電力変換回路の制御装置。
前記低負荷制御部は、前記スイッチ判定部により最も温度が高いと判定されているスイッチの駆動を禁止する請求項４に記載の電力変換回路の制御装置。
前記高負荷制御部は、複数の前記駆動スイッチのうち一部のスイッチのオン期間がスイッチング周期毎に確保されることを条件として、複数の前記駆動スイッチのうち、前記スイッチ判定部により最も温度が高いと判定されているスイッチの駆動を禁止する請求項６に記載の電力変換回路の制御装置。
前記負荷判定部は、前記駆動スイッチのオン期間において前記駆動スイッチに流れる電流に基づいて、前記高負荷状態及び前記低負荷状態のいずれであるかを判定する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
複数の前記駆動スイッチのそれぞれを駆動する駆動回路（４６）を備え、
前記駆動回路は、複数の前記駆動スイッチのそれぞれに対して共通のものであり、
複数の前記駆動スイッチの数に前記駆動スイッチのスイッチング周期を乗算した時間が規定時間と定義されており、
前記低負荷制御部は、前記規定時間において複数の前記駆動スイッチのそれぞれが１回ずつオンされるように、複数の前記駆動スイッチをスイッチング制御するための単一の駆動信号を前記駆動回路に出力し、
前記駆動回路は、前記駆動信号を入力として複数の前記駆動スイッチのそれぞれを駆動する請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。