JP6662151B2

JP6662151B2 - Ｄｃ／ｄｃ変換装置、コンピュータプログラム及びｄｃ／ｄｃ変換装置の制御方法

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Publication number: JP6662151B2
Application number: JP2016072127A
Authority: JP
Inventors: 圭司田代
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017184555A

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法の制御方法に関する。

車両には、用途に応じて種々のバッテリが使用され、例えば、比較的高圧のバッテリ、低圧のバッテリなどが搭載されている。このため、車両には、走行状態に応じて、高圧のバッテリと低圧のバッテリとの間の電圧を変換するためのＤＣ／ＤＣ変換装置が搭載されている。

一方で、機器の小型化要求が高く、受動素子の小型化のためＤＣ／ＤＣ変換装置の駆動周波数が高くなってきている。しかし、駆動周波数を高くすると、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴなどのスイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる。そこで、スイッチング損失を低減すべく、磁気結合によるソフトスイッチングを実現する補助回路を設けたチョッパ回路が開示されている（特許文献１参照）。

"自動車、電子機器の進化を支えるスイッチング電源の上手な作り方"、企業向け人材育成講座、技術者塾、２０１５年１２月７日

しかし、非特許文献１のような回路にあっては、チョッパ回路を構成する２つのスイッチングデバイスの両方がオフとなるデッドタイムが固定値となっているため、補助回路を構成する部品のばらつき、温度変化又は経年変化によりスイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる場合がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適にすることができるＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置であって、前記制御部は、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御し、前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定する設定部を備える。

本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定する設定部として機能させる。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定部が設定する。

本発明によれば、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適にすることができる。

第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０より前の動作状態の一例を示す模式図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０からｔ１までの動作状態の一例を示す模式図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ１からｔ２までの動作状態の一例を示す模式図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ２からｔ３までの動作状態の一例を示す模式図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ３からｔ４までの動作状態の一例を示す模式図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０からｔ４までの要部波形の一例を示すタイムチャートである。高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方がオフするオフ期間の要部波形の一例を示すタイムチャートである。スイッチングデバイスの損失とデッドタイムとの関係の一例を示す説明図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置によるデッドタイムを調整した場合の要部波形の一例を示すタイムチャートである。第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の動作時の要部波形の一例を示すタイムチャートである。本実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置であって、前記制御部は、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御し、さらに前記オフ期間の長さを所要値に設定する設定部を備える。

本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、前記オフ期間の長さを所要値に設定する設定部として機能させる。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、前記オフ期間の長さを所要値に設定部が設定する。

制御部は、高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、当該一方をオフし当該他方をオンする第２オン期間と、第１オン期間及び第２オン期間の間に高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間とを設けて高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する。

設定部は、オフ期間の長さを所要値に設定する。高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間を固定値ではなく、所要値に設定することができるので、第２オン期間の開始時点で高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方がオンする際に当該一方の電圧（例えば、ドレイン・ソース間電圧）が所定値（例えば０Ｖ付近の値）以下となるタイミングが、回路部品のばらつき、温度変化又は経年変化により変動したとしても、当該タイミングを調整することができるので、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適（例えば、最小）にすることができる。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側の電力を検出する入力電力検出部と、出力側の電力を検出する出力電力検出部とを備え、前記設定部は、前記入力側の電力及び出力側の電力に基づいて前記オフ期間の長さを前記所要値に設定する。

入力電力検出部は、入力側の電力を検出する。出力電力検出部は、出力側の電力を検出する。設定部は、入力側の電力及び出力側の電力に基づいてオフ期間の長さを所要値に設定する。スイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなると入力側の電力と出力側の電力との差分は大きくなり、スイッチングデバイスのスイッチング損失が小さくなると入力側の電力と出力側の電力との差分は小さくなる。そこで、入力側の電力及び出力側の電力に基づいてオフ期間の長さを所要値に設定することにより、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適にすることができる。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記制御部は、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する際に前記オフ期間の長さを変動させ、前記制御部がオフ期間を変動させる都度、前記入力側の電力と出力側の電力との差分を算出する差分算出部を備え、前記設定部は、前記制御部が変動させたオフ期間の長さのうち、前記差分算出部で算出した差分が所定の閾値以下となるオフ期間の長さを前記所要値に設定する。

制御部は、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する際にオフ期間の長さを変動させる。オフ期間の長さを変動させるには、例えば、オフ期間の最小値と最大値とを予め定めておき、最大値と最小値との間を所定数（Ｘ）の微小期間（ｄ）で区分し、オフ期間をＮ×ｄとして、Ｎ＝１からＸまで１つずつ増やせばよい。Ｎを１つずつ増やす都度、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する。

差分算出部は、制御部がオフ期間を変動させる都度、入力側の電力と出力側の電力との差分を算出する。設定部は、制御部が変動させたオフ期間の長さのうち、差分算出部で算出した差分が所定の閾値以下となるオフ期間の長さを所要値に設定する。所定の閾値は、算出した差分の最小値を特定することができるものであれば、どのような閾値であってもよい。これにより、差分が最小値となるオフ期間の長さ、すなわちスイッチングデバイスのスイッチング損失が最小となるオフ期間の長さ（所要値）を設定することができる。

本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時に前記オフ期間の長さを変動させる。

制御部は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時にオフ期間の長さを変動させる。オフ期間の設定をＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時に行うことにより、常時行う場合に比べて、オフ期間の長さを変動させることによる不要な発振現象が発生する可能性を低減することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
（第１実施形態）
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。ＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側の端子Ｔ１及びＧ、出力側の端子Ｔ２及びＧを備える。端子Ｔ１及びＧには、例えば、リチウムイオン電池などの比較的高い電圧（例えば、１２Ｖ系のバッテリに比べて高い電圧）のバッテリを接続し、端子Ｔ２及びＧには、例えば、鉛蓄電池などの比較的低い電圧（例えば、１２Ｖなど）のバッテリを接続することができる。

ＤＣ／ＤＣ変換装置は、端子Ｔ１及びＧ間に、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を直列に接続してある。高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０は、双方向に電流を流すことができ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを用いることができる。また、端子Ｔ１及びＧ間には、入力電力を検出する入力電力検出部６１を接続してある。

高圧側スイッチングデバイス１０の両端（例えば、ドレイン・ソース間）には、キャパシタ４１を並列に接続してある。低圧側スイッチングデバイス２０の両端（例えば、ドレイン・ソース間）には、キャパシタ４２を並列に接続してある。

高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の接続点には、トランス３２の巻線Ｎ１の一端を接続してあり、巻線Ｎ１の他端は端子Ｔ２に接続されている。トランス３２の巻線Ｎ２の一端には、スイッチングデバイス３１の一端（例えば、ドレイン）を接続してあり、スイッチングデバイス３１の他端（例えば、ソース）は、巻線Ｎ１の一端に接続してある。トランス３２の巻線Ｎ２の他端には、ダイオード３３のカソードを接続してあり、ダイオード３３のアノードは、巻線Ｎ１の他端に接続してある。インダクタ３２１はトランス３２の励磁インダクタ、インダクタ３２２は、トランス３２の漏れインダクタを表している。なお、スイッチングデバイス３１、巻線Ｎ２及びダイオード３３は、磁気結合によるソフトスイッチングを実現する補助回路を構成している。

端子Ｔ１及びＧ間には、キャパシタ４５、出力電力を検出する出力電力検出部６２を接続してある。

制御部５０は、設定部５１、算出部５２などを備え、各スイッチングデバイス１０、２０、３１のオン／オフを制御する。また、制御部５０は、入力電力検出部６１で検出した入力電力及び出力電力検出部６２で検出した出力電力を取得する。

次に、ＤＣ／ＤＣ変換装置の動作について説明する。図２は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０より前の動作状態の一例を示す模式図であり、図３は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０からｔ１までの動作状態の一例を示す模式図であり、図４は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ１からｔ２までの動作状態の一例を示す模式図であり、図５は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ２からｔ３までの動作状態の一例を示す模式図であり、図６は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ３からｔ４までの動作状態の一例を示す模式図であり、図７は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の時点ｔ０からｔ４までの要部波形の一例を示すタイムチャートである。以下では、便宜上、時点ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に区切って説明する。また、簡便のため、制御部５０等は省略している。

まず、図２及び図７に示すように、時点ｔ０より前では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンし、スイッチングデバイス３１をオフする。この状態では、高圧側スイッチングデバイス１０の両端、すなわち、キャパシタ４１の両端には、図示する向きの電圧が生じている。また、励磁インダクタ３２１に蓄えられたエネルギーにより、低圧側スイッチングデバイス２０を介して端子Ｔ２及びＧに電流が流れる。

図３及び図７に示すように、時点ｔ０において、制御部５０は、スイッチングデバイス３１をオフからオンにする。時点ｔ０からｔ１までにおいては、トランス３２による磁気結合により、ダイオード３３及びスイッチングデバイス３１に流れる電流が増加し、漏れインダクタ３２２にエネルギーが蓄積される。また、低圧側スイッチングデバイス２０に流れる電流が減少する。

図４及び図７に示すように、時点ｔ１からｔ２までにおいては、漏れインダクタ３２２、及びキャパシタ４１、４２による共振により、ダイオード３３に流れる電流が減少し、また、高圧側スイッチングデバイス１０の両端の電圧（例えば、ドレイン・ソース間の電圧）が低下し、時点ｔ２では、０Ｖ付近まで低下する。

図５及び図７に示すように、時点ｔ２において、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフからオンにする。時点ｔ２では、高圧側スイッチングデバイス１０のドレイン・ソース間の電圧が０Ｖ付近であるので、いわゆるゼロボルトスイッチ（ソフトスイッチング）を実現することができる。また、時点ｔ２からｔ３までにおいては、ダイオード３３に流れる電流が減少し、時点ｔ３において、ダイオード３３、スイッチングデバイス３１に流れる電流は０になる。

図６及び図７に示すように、時点ｔ３からｔ４までにおいては、ダイオード３３、スイッチングデバイス３１に流れる電流が０に維持され、高圧側スイッチングデバイス１０を通じて端子Ｔ１及びＧ側から端子Ｔ２及びＧ側に電流が流れ、励磁インダクタ３２１にエネルギーが蓄積される。そして、時点ｔ４において、制御部５０は、スイッチングデバイス３１をオンからオフにする。

上述のように、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０又は低圧側スイッチングデバイス２０の一方をオンし他方をオフする第１オン期間（前述の時点ｔ０からｔ１までの期間において、低圧側スイッチングデバイス２０をオンし、高圧側スイッチングデバイス１０をオフする）、当該一方をオフし当該他方をオンする第２オン期間（前述の時点ｔ２からｔ４までの期間において、低圧側スイッチングデバイス２０をオフし、高圧側スイッチングデバイス１０をオンする）、並びに第１オン期間及び第２オン期間の間に高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の両方をオフするオフ期間（前述の時点ｔ１からｔ２までの期間Ｄ１）を設けて高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを制御する。なお、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の両方がオフするオフ期間を、デッドタイムとも称する。

設定部５１は、オフ期間の長さを所要値に設定する。高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の両方をオフするオフ期間を固定値ではなく、所要値に設定することができるので、第２オン期間の開始時点で高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方がオンする際に当該一方の電圧（例えば、ドレイン・ソース間電圧）が所定値（例えば０Ｖ付近の値）以下となるタイミングが、回路部品のばらつき、温度変化又は経年変化により変動したとしても、当該タイミングを調整することができるので、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適（例えば、最小）にすることができる。

図８は高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の両方がオフするオフ期間の要部波形の一例を示すタイムチャートである。前述の図４で説明したように、オフ期間（図８の符号Ｄで示す期間、デッドタイム）では、漏れインダクタ３２２、及びキャパシタ４１、４２による共振により、高圧側スイッチングデバイス１０の両端の電圧（例えば、ドレイン・ソース間の電圧）が低下する。しかし、漏れインダクタ３２２、及びキャパシタ４１、４２等の部品のばらつき、温度変化又は経年変化により、これらの部品の値が変化すると、共振による電圧波形が変化し、例えば、図８に示すように、高圧側スイッチングデバイス１０をオンするタイミングでは、高圧側スイッチングデバイス１０の両端の電圧が、最適値である０Ｖ付近から増加することになる。

しかし、本実施の形態では、高圧側スイッチングデバイス１０をオンするタイミングを調整することができるので、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適（例えば、最小）にすることができる。以下、デッドタイム（オフ期間）の最適化方法の詳細について説明する。

図９はスイッチングデバイスの損失とデッドタイムとの関係の一例を示す説明図である。図９において、横軸はデッドタイムを示し、縦軸はスイッチングデバイスの損失（スイッチング損失）を示す。図９では、インダクタ、キャパシタ等の部品の値を固定するとともに、所定の雰囲気温度において、デッドタイムを変化させたときのスイッチングデバイスの損失を示す。図９に示すように、スイッチングデバイスの損失がデッドタイムに大きく依存しているとともに、スイッチングデバイスの損失が最適（最小）になるデッドタイムが存在することがわかる。なお、最適なタイミングは、ある特定の時点（時間）に限定されず、図９に示すように、ある時間幅で特定してもよい。

図１０は第１実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置によるデッドタイムを調整した場合の要部波形の一例を示すタイムチャートである。図１０の例は、図７の例に対応する。すなわち、図７の例で示すように、いわゆるソフトスイッチングが実現できたとしても、部品のばらつき、温度変化又は経年変化等により、図８で例示したように、最適なデッドタイムを実現することができなくなる場合がある。しかし、本実施の形態では、設定部５１がデッドタイム（オフ期間）を調整するので（図１０の例では、デッドタイムをＤ１からＤ２へと短くしている）、部品のばらつき、温度変化又は経年変化等に追従させて、ソフトスイッチングを実現することができ、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適（例えば、最小）にすることができる。

設定部５１は、入力電力検出部６１で検出した入力側の電力（入力電力）及び出力電力検出部６２で検出した出力側の電力（出力電力）に基づいてオフ期間の長さを所要値に設定する。スイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなると入力電力と出力電力との差分は大きくなり、スイッチングデバイスのスイッチング損失が小さくなると入力電力と出力電力との差分は小さくなる。そこで、入力電力及び出力電力に基づいてオフ期間の長さを所要値に設定することにより、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適にすることができる。

より具体的には、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを制御する際にオフ期間の長さを変動させる。オフ期間の長さを変動させるには、例えば、オフ期間の最小値と最大値とを予め定めておき、最大値と最小値との間を所定数（Ｘ）の微小期間（ｄ）で区分し、オフ期間をＮ×ｄとして、Ｎ＝１からＸまで１つずつ増やせばよい。Ｎを１つずつ増やす都度、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを制御してＤＣ／ＤＣ変換の動作を行う。

すなわち、オフ期間を、まず最小値に設定し、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを、例えば、１０ｍｓ程度実施して、入力電力及び出力電力を検出し、スイッチングデバイスの損失を算出する。次に、オフ期間を微小期間ｄだけ長くして、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを、例えば、１０ｍｓ程度実施して、入力電力及び出力電力を検出し、スイッチングデバイスの損失を算出する。以下、同様の処理を、オフ期間が最大値になるまで実施する。そして、スイッチング損失が最小値のときのオフ期間を所要値として設定すればよい。

算出部５２は、差分算出部としての機能を有し、制御部５０がオフ期間を変動させる都度、入力電力と出力電力との差分を算出する。

設定部５１は、制御部５０が変動させたオフ期間の長さのうち、算出部５２で算出した差分が所定の閾値以下となるオフ期間の長さを所要値に設定する。所定の閾値は、算出した差分の最小値を特定することができるものであれば、どのような閾値であってもよい。これにより、差分が最小値となるオフ期間の長さ、すなわちスイッチングデバイスのスイッチング損失が最小となるオフ期間の長さ（所要値）を設定することができる。

また、制御部５０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時にオフ期間の長さを変動させる。オフ期間の設定をＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時に行うことにより、常時行う場合に比べて、オフ期間の長さを変動させることによる不要な発振現象が発生する可能性を低減することができる。

（第２実施形態）
ＤＣ／ＤＣ変換装置の構成は、図１に示す構成に限定されない。直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備え、第１オン期間と第２オン期間との間にオフ期間（デッドタイム）を設けるようなスイッチング動作を行う直流変換装置であれば、本実施の形態を適用することができる。以下では、第２実施形態としてのＤＣ／ＤＣ変換装置の構成について説明する。

図１１は第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置は、いわゆるフェーズシフト方式絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、第１実施形態と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置は、端子Ｔ１及びＧ間に、高圧側スイッチングデバイス１１及び低圧側スイッチングデバイス２１を直列に接続してある。また、端子Ｔ１及びＧ間に、高圧側スイッチングデバイス１２及び低圧側スイッチングデバイス２２を直列に接続してある。各スイッチングデバイスは、双方向に電流を流すことができ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを用いることができる。

高圧側スイッチングデバイス１１及び低圧側スイッチングデバイス２１の接続点には、インダクタ７１の一端を接続してあり、インダクタ７１の他端は、トランス７２の一方の巻線の一端に接続してあり、当該巻線の他端は、高圧側スイッチングデバイス１２及び低圧側スイッチングデバイス２２の接続点に接続してある。端子Ｔ１及びＧ間には、キャパシタ４６を接続してある。

高圧側スイッチングデバイス１１の両端にはキャパシタ４１を並列に接続してあり、低圧側スイッチングデバイス２１の両端にはキャパシタ４２を並列に接続してあり、高圧側スイッチングデバイス１２の両端にはキャパシタ４３を並列に接続してあり、低圧側スイッチングデバイス２２の両端にはキャパシタ４４を並列に接続してある。

端子Ｔ２及びＧ間に、スイッチングデバイス７３、７４を直列に接続してある。また、端子Ｔ２及びＧ間に、スイッチングデバイス７５、７６を直列に接続してある。スイッチングデバイス７３、７４の接続点には、トランス７２の他方の巻線の一端を接続してあり、スイッチングデバイス７５、７６の接続点には、トランス７２の他方の巻線の他端を接続してある。

図１２は第２実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の動作時の要部波形の一例を示すタイムチャートである。図１２に示すように、モード１では、高圧側スイッチングデバイス１２がオンし、低圧側スイッチングデバイス２２がオフする第１オン期間に相当する。モード２では、高圧側スイッチングデバイス１２及び低圧側スイッチングデバイス２２の両方がオフするオフ期間（デッドタイム）に相当する。モード３では、高圧側スイッチングデバイス１２がオフし、低圧側スイッチングデバイス２２がオンする第２オン期間に相当する。

同様に、モード３では、高圧側スイッチングデバイス１１がオフし、低圧側スイッチングデバイス２１がオンする第１オン期間に相当する。モード４では、高圧側スイッチングデバイス１１及び低圧側スイッチングデバイス２１の両方がオフするオフ期間（デッドタイム）に相当する。モード５では、高圧側スイッチングデバイス１１がオンし、低圧側スイッチングデバイス２１がオフする第２オン期間に相当する。

第２実施形態では、設定部５１は、モード２の期間の長さ（デッドタイム）及びモード４の期間の長さ（デッドタイム）を所要値に設定することができるので、回路部品のばらつき、温度変化又は経年変化により変動したとしても、スイッチングデバイスのスイッチング損失を最適（例えば、最小）にすることができる。

次に、上述の各実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法について説明する。図１３は本実施形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。制御部５０は、変数Ｎを１にセットし（Ｓ１１）、デッドタイム（オフ期間）をＮ×ｄに設定する（Ｓ１２）。ここで、ｄはオフ期間の最小値であり、最小値と最大値とを所定数で区分したときの微小期間である。制御部５０は、ＤＣ／ＤＣ変換を行う（Ｓ１３）。なお、ＤＣ／ＤＣ変換は、入力電力及び出力電力を安定に検出することができる程度の時間（例えば、１０ｍｓ程度）行えばよい。

制御部５０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の入力電力及び出力電力を検出し（Ｓ１４）、損失を算出する（Ｓ１５）。なお、損失は、入力電力と出力電力との差分により算出することができる。なお、算出した損失は、デッドタイムに対応付けて記録することができる。

制御部５０は、変数Ｎが所定数に等しいか否かを判定し（Ｓ１６）、変数Ｎが所定数に等しくない場合（Ｓ１６でＮＯ）、変数Ｎに１を加算し（Ｓ１７）、ステップＳ１２以降の処理を続ける。変数Ｎが所定数に等しい場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、制御部５０は、損失が最小値のときのデッドタイムに設定し（Ｓ１８）、ＤＣ／ＤＣ変換を行う（Ｓ１９）。これ以降、ＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時から常時動作へ移行する。

制御部５０は、処理を終了するか否かを判定し（Ｓ２０）、処理を終了しない場合（Ｓ２０でＮＯ）、ステップＳ１９以降の処理を続け、処理を終了する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、処理を終了する。

本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、制御部５０を、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などで構成し、図１３に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法を実現することができる。

以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。

１０、１１、１２高圧側スイッチングデバイス
２０、２１、２２低圧側スイッチングデバイス
３１、７３、７４、７５、７６スイッチングデバイス
４１、４２、４３、４４、４５、４６キャパシタ
３２、７２トランス
３２１励磁インダクタ
３２２漏れインダクタ
３３ダイオード
５０制御部
５１設定部
５２算出部
６１入力電力検出部
６２出力電力検出部
７１インダクタ

Claims

直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置であって、
前記制御部は、
前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、
前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、
前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間と
を設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御し、
前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定する設定部を備えるＤＣ／ＤＣ変換装置。
前記直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスで構成される直列回路に並列に接続され、他の高圧側スイッチングデバイス及び他の低圧側スイッチングデバイスで構成される他の直列回路を備え、
前記制御部は、
前記他の高圧側スイッチングデバイス又は他の低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、
前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、
前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記他の高圧側スイッチングデバイス及び他の低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間と
を設けて前記他の高圧側スイッチングデバイス及び他の低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御し、
前記設定部は、
前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
入力側の電力を検出する入力電力検出部と、
出力側の電力を検出する出力電力検出部と
を備え、
前記設定部は、
前記入力側の電力及び出力側の電力に基づいて前記オフ期間の長さを所要値に設定する請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
前記制御部は、
前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフ、及び前記他の高圧側スイッチングデバイス及び他の低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する際に前記オフ期間の長さを変動させ、
前記制御部がオフ期間を変動させる都度、前記入力側の電力と出力側の電力との差分を算出する差分算出部を備え、
前記設定部は、
前記制御部が変動させたオフ期間の長さのうち、前記差分算出部で算出した差分が所定の閾値以下となるオフ期間の長さを前記所要値に設定する請求項３に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
前記制御部は、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の始動時に前記オフ期間の長さを変動させる請求項４に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、
前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、
前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間と
を設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、
前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定する設定部と
して機能させるコンピュータプログラム。
直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、
前記高圧側スイッチングデバイス又は低圧側スイッチングデバイスの一方をオンし他方をオフする第１オン期間と、
前記一方をオフし前記他方をオンする第２オン期間と、
前記第１オン期間及び第２オン期間の間に前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの両方をオフするオフ期間と
を設けて前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、
前記他方のスイッチングデバイスに印加される電圧が所定値以下となる時点を前記第２オン期間の開始時点に設定部が設定するＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法。