JP6751497B2 - Boost system - Google Patents

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Description

本発明は、昇圧システムに関し、詳しくは、2個のスイッチング素子と2個のダイオードと1個のリアクトルとを有する昇圧回路を備える昇圧システムに関する。 The present invention relates to a boosting system, and more particularly to a boosting system including a boosting circuit having two switching elements, two diodes and one reactor.

従来、この種の昇圧システムとしては、2個のスイッチング素子と2個のダイオードと1個のリアクトルとを有する昇圧回路を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このシステムでは、大気圧が小さいほど電動機の相間の絶縁抵抗が小さくなるため、電動機保護の観点から、大気圧が小さいほど高電圧系電圧ラインの電圧が小さくなるように制御している。 Conventionally, as a booster system of this type, a system including a booster circuit having two switching elements, two diodes, and one reactor has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this system, the smaller the atmospheric pressure, the smaller the insulation resistance between the phases of the motor. Therefore, from the viewpoint of protecting the motor, the smaller the atmospheric pressure is, the smaller the voltage of the high voltage system voltage line is controlled.

特開2008−199769号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-199769

上述の昇圧システムでは、高電圧系電力ラインの上限電圧を設定し、2個のスイッチング素子を同時にオフとするデッドタイムを用いて2個のスイッチング素子を交互にオンオフする割合を操作することにより高電圧系電力ラインの電圧を設定した上限電圧の範囲内で制御することも行なわれている。このシステムで、高電圧系電力ラインの電力を低電圧系電力ラインに供給するときには、低電圧系電圧ラインに取り付けられたコンデンサの電圧が高くなる場合がある。この場合、高電圧系電力ラインの電圧は、デッドタイムを用いた制御を行なっていることからデッドタイム分の不感帯が生じ、低電圧系電力ラインの電圧から不感帯分だけ高い電圧までしか下げることができず、高電圧系電力ラインの上限電圧としてはその電圧を下限値とする範囲で設定しなければならない。 In the above-mentioned boosting system, the upper limit voltage of the high-voltage power line is set, and the ratio of turning the two switching elements on and off alternately is controlled by using the dead time for turning off the two switching elements at the same time. The voltage of the voltage system power line is also controlled within the set upper limit voltage range. In this system, when the power of the high voltage system power line is supplied to the low voltage system power line, the voltage of the capacitor attached to the low voltage system voltage line may become high. In this case, since the voltage of the high-voltage power line is controlled using the dead time, a dead time dead zone is generated, and the voltage of the low voltage power line can be lowered only to a voltage higher by the dead time. Therefore, the upper limit voltage of the high voltage system power line must be set within the range where the voltage is the lower limit value.

本発明の昇圧システムは、高電圧系電力ラインの電力を低電圧系電力ラインに供給しているときにおける高電圧系電力ラインの上限電圧の下限値を低くすることを主目的とする。 The main purpose of the booster system of the present invention is to lower the lower limit of the upper limit voltage of the high voltage system power line when the power of the high voltage system power line is supplied to the low voltage system power line.

本発明の昇圧システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The booster system of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.

本発明の昇圧システムは、
低電圧系電力ラインの正極ラインに一端子が接続されたリアクトルと、前記リアクトルの他端子に一端子が接続されると共に高電圧系電力ラインの正極ラインに他端子が接続された第1スイッチング素子と、前記低電圧系電力ラインおよび前記高電圧系電力ラインの負極ラインに一端子が接続されると共に前記リアクトルの他端子および前記第1スイッチング素子の一端子に他端子が接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子に対して逆方向に並列に接続された第1ダイオードと、前記第2スイッチング素子に対して逆方向に並列に接続された第2ダイオードと、を備える昇圧回路と、
前記低電圧系電力ラインの正極ラインおよび負極ラインに一端子および他端子が接続されたコンデンサと、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを同時にオフとするデッドタイムを用いて前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを交互にオンオフする割合を操作することにより前記高電圧系電力ラインの電圧を制御する制御装置と、
を備える昇圧システムであって、
前記制御装置は、前記高電圧系電力ラインの電力を降圧して前記低電圧系電力ラインに供給している最中に、前記コンデンサの電圧が所定電圧以上のときには、前記第2スイッチング素子をオフとした状態で前記第1スイッチング素子をオンオフする割合を操作することにより前記高電圧系電力ラインの電圧を制御する、
ことを特徴とする。
The booster system of the present invention
A reactor in which one terminal is connected to the positive electrode line of the low-voltage power line, and a first switching element in which one terminal is connected to the other terminal of the reactor and another terminal is connected to the positive voltage line of the high-voltage power line. A second switching in which one terminal is connected to the low voltage system power line and the negative voltage line of the high voltage system power line, and another terminal is connected to the other terminal of the reactor and one terminal of the first switching element. A booster circuit including an element, a first diode connected in parallel to the first switching element in the opposite direction, and a second diode connected in parallel to the second switching element in the opposite direction. ,
A capacitor in which one terminal and another terminal are connected to the positive electrode line and the negative electrode line of the low-voltage power line, and
The high-voltage system power is obtained by manipulating the ratio of alternately turning on and off the first switching element and the second switching element by using a dead time for turning off the first switching element and the second switching element at the same time. A control device that controls the voltage of the line and
It is a booster system equipped with
The control device turns off the second switching element when the voltage of the capacitor is equal to or higher than a predetermined voltage while the power of the high voltage system power line is stepped down and supplied to the low voltage system power line. The voltage of the high voltage system power line is controlled by manipulating the ratio of turning on and off the first switching element in the above state.
It is characterized by that.

この本発明の昇圧システムでは、昇圧回路の第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを同時にオフとするデッドタイムを用いて第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを交互にオンオフする割合を操作することにより高電圧系電力ラインの電圧を制御する。高電圧系電力ラインの電力を降圧して低電圧系電力ラインに供給している最中に、低電圧系電力ラインに取り付けられたコンデンサの電圧が所定電圧以上のときには、第2スイッチング素子をオフとした状態で第1スイッチング素子をオンオフする割合を操作することにより高電圧系電力ラインの電圧を制御する。このように制御することにより、デッドタイムを値0まで下げることができるから、デッドタイム分の不感帯を値0まで下げることができる。この結果、高電圧系電力ラインの上限電圧の下限値を低くすることができる。 In the booster system of the present invention, the ratio of alternately turning the first switching element and the second switching element on and off is controlled by using a dead time for turning off the first switching element and the second switching element of the booster circuit at the same time. By controlling the voltage of the high voltage system power line. The second switching element is turned off when the voltage of the capacitor attached to the low-voltage power line is equal to or higher than the specified voltage while the power of the high-voltage power line is stepped down and supplied to the low-voltage power line. The voltage of the high-voltage power line is controlled by manipulating the ratio of turning the first switching element on and off in this state. By controlling in this way, the dead time can be reduced to a value of 0, so that the dead time zone can be reduced to a value of 0. As a result, the lower limit of the upper limit voltage of the high voltage system power line can be lowered.

この場合、デッドタイムの設定時間については、リアクトルの電流が負側に大きいほど短くするものとしてもよい。こうすれば、デッドタイムの設定時間が急変することによってデューティ比が急変し、過電流や過電圧が生じるのを抑制することができる。 In this case, the dead time setting time may be shortened as the reactor current increases to the negative side. In this way, it is possible to suppress a sudden change in the duty ratio due to a sudden change in the dead time setting time, resulting in an overcurrent or an overvoltage.

本発明の一実施例としての昇圧システムを搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the structure of the electric vehicle 20 which mounts the boosting system as one Example of this invention. 電子制御ユニット50により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the boost control routine executed by an electronic control unit 50. デッドタイム設定用マップの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the map for setting a dead time. 昇圧コンバータ40の通常制御における指令値および実際のトランジスタT31,32のオンオフ状態の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the command value in the normal control of a step-up converter 40, and the on / off state of the actual transistors T31, 32. 実施例と比較例の低電圧系電圧VLの使用範囲と高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimとの関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between the use range of the low voltage system voltage VL of the Example and the comparative example, and the lower limit value VHlim of the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH.

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to examples.

図1は、本発明の一実施例としての昇圧システムを搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、バッテリ36と、昇圧コンバータ40と、電子制御ユニット50と、を備える。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an electric vehicle 20 equipped with a boosting system as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the electric vehicle 20 of the embodiment includes a motor 32, an inverter 34, a battery 36, a step-up converter 40, and an electronic control unit 50.

モータ32は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。 The motor 32 is configured as a synchronous generator motor, and includes a rotor in which a permanent magnet is embedded and a stator in which a three-phase coil is wound. The rotor of the motor 32 is connected to a drive shaft 26 connected to the drive wheels 22a and 22b via a differential gear 24.

インバータ34は、モータ32に接続されると共に高電圧系電力ライン42を介して昇圧コンバータ40に接続されている。このインバータ34は、6つのトランジスタT11〜T16と、6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ高電圧系電力ライン42の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。6つのダイオードD11〜D16は、それぞれトランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続されている。トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ32の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット50によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32が回転駆動される。高電圧系電力ライン42の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ46が取り付けられている。 The inverter 34 is connected to the motor 32 and is connected to the boost converter 40 via the high voltage system power line 42. The inverter 34 has six transistors T11 to T16 and six diodes D11 to D16. Two transistors T11 to T16 are arranged in pairs so as to be on the source side and the sink side with respect to the positive electrode bus and the negative electrode bus of the high voltage system power line 42, respectively. The six diodes D11 to D16 are connected in parallel to the transistors T11 to T16 in opposite directions, respectively. Each of the three-phase coils (U-phase, V-phase, W-phase) of the motor 32 is connected to each of the connection points between the transistors that are a pair of the transistors T11 to T16. Therefore, when a voltage is applied to the inverter 34, the electronic control unit 50 adjusts the ratio of the on-time of the paired transistors T11 to T16, so that a rotating magnetic field is formed in the three-phase coil and the motor. 32 is rotationally driven. A smoothing capacitor 46 is attached to the positive electrode bus and the negative electrode bus of the high-voltage power line 42.

バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧系電力ライン44を介して昇圧コンバータ40に接続されている。低電圧系電力ライン44の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ48が取り付けられている。 The battery 36 is configured as, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery, and is connected to the step-up converter 40 via a low-voltage power line 44. A smoothing capacitor 48 is attached to the positive electrode bus and the negative electrode bus of the low-voltage power line 44.

昇圧コンバータ40は、インバータ34が接続された高電圧系電力ライン42とバッテリ36が接続された低電圧系電力ライン44とに接続されている。この昇圧コンバータ40は、2つのトランジスタT31,T32と、2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLと、を有する。トランジスタT31は、高電圧系電力ライン42の正極母線に接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と、高電圧系電力ライン42および低電圧系電力ライン44の負極母線と、に接続されている。2つのダイオードD31,D32は、それぞれ、トランジスタT31,T32に逆方向に並列接続されている。リアクトルLは、トランジスタT31,T32同士の接続点と、低電圧系電力ライン44の正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ40は、電子制御ユニット50によって、基本的には、トランジスタT31,T32の双方をオフとするデッドタイムを挟んでトランジスタT31をオンとすると共にトランジスタT32をオフとする状態とトランジスタT31をオフとすると共にトランジスタT32をオンとする状態との割合を調節することにより、低電圧系電力ライン44の電力を昇圧して高電圧系電力ライン42に供給したり、高電圧系電力ライン42の電力を降圧して低電圧系電力ライン44に供給したりする。 The boost converter 40 is connected to a high-voltage power line 42 to which the inverter 34 is connected and a low-voltage power line 44 to which the battery 36 is connected. The boost converter 40 has two transistors T31 and T32, two diodes D31 and D32, and a reactor L. The transistor T31 is connected to the positive electrode bus of the high voltage system power line 42. The transistor T32 is connected to the transistor T31 and the negative electrode bus of the high voltage system power line 42 and the low voltage system power line 44. The two diodes D31 and D32 are connected in parallel to the transistors T31 and T32 in opposite directions, respectively. The reactor L is connected to a connection point between the transistors T31 and T32 and a positive electrode bus of the low-voltage power line 44. The boost converter 40 is basically a state in which the transistor T31 is turned on and the transistor T32 is turned off and the transistor T31 is turned off by the electronic control unit 50 with a dead time for turning off both the transistors T31 and T32. By adjusting the ratio with the state in which the transistor T32 is turned on, the power of the low-voltage power line 44 can be boosted and supplied to the high-voltage power line 42, or the power of the high-voltage power line 42 can be increased. Is stepped down and supplied to the low-voltage power line 44.

電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU52の他に、処理プログラムを記憶するROM54やデータを一時的に記憶するRAM56,入出力ポートを備える。電子制御ユニット50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ(例えばレゾルバ)32aからのモータ32の回転子の回転位置θmや、モータ32の各相に流れる電流を検出する電流センサ32u,32vからのモータ32に流れる相電流Iu,Ivを挙げることができる。また、バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ36aかの電圧Vbや、バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ36bからの電池電流Ib,リアクトルLに直列に接続された電流センサ40aからのリアクトル電流ILも挙げることができる。さらに、コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからのコンデンサ46(高電圧系電力ライン42)の電圧VHや、コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからのコンデンサ48(低電圧系電力ライン44)の電圧VLも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号や、シフトレバー61の操作位置を検出するシフトポジションセンサ62からのシフトポジションSPも挙げることができる。また、アクセルペダル63の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ64からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル65の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ66からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ68からの車速Vも挙げることができる。電子制御ユニット50からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット50から出力される信号としては、例えば、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや回転数Nmを演算している。また、電子制御ユニット50は、電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ36の蓄電割合SOCを演算している。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ36の全容量に対するバッテリ36から放電可能な電力の容量の割合である。 The electronic control unit 50 is configured as a microprocessor centered on the CPU 52, and includes a ROM 54 for storing a processing program, a RAM 56 for temporarily storing data, and an input / output port in addition to the CPU 52. Signals from various sensors are input to the electronic control unit 50 via input ports. The signals input to the electronic control unit 50 include, for example, the rotation position θm of the rotor of the motor 32 from the rotation position detection sensor (for example, resolver) 32a that detects the rotation position of the rotor of the motor 32, and the rotation position θm of the motor 32. Examples include the phase currents Iu and Iv flowing through the motor 32 from the current sensors 32u and 32v that detect the current flowing through each phase. Further, from the voltage Vb of the voltage sensor 36a attached between the terminals of the battery 36, the battery current Ib from the current sensor 36b attached to the output terminal of the battery 36, and the current sensor 40a connected in series with the reactor L. The reactor current IL of is also mentioned. Further, the voltage VH of the capacitor 46 (high voltage system power line 42) from the voltage sensor 46a attached between the terminals of the capacitor 46 and the capacitor 48 (low voltage) from the voltage sensor 48a attached between the terminals of the capacitor 48. The voltage VL of the system power line 44) can also be mentioned. In addition, the ignition signal from the ignition switch 60 and the shift position SP from the shift position sensor 62 that detects the operation position of the shift lever 61 can also be mentioned. Further, the accelerator opening Acc from the accelerator pedal position sensor 64 that detects the depression amount of the accelerator pedal 63, the brake pedal position BP from the brake pedal position sensor 66 that detects the depression amount of the brake pedal 65, and the vehicle speed sensor 68. The vehicle speed V can also be mentioned. Various control signals are output from the electronic control unit 50 via the output port. Examples of the signal output from the electronic control unit 50 include a switching control signal for the transistors T11 to T16 of the inverter 34 and a switching control signal for the transistors T31 and T32 of the boost converter 40. The electronic control unit 50 calculates the electric angle θe and the rotation speed Nm of the motor 32 based on the rotation position θm of the rotor of the motor 32 from the rotation position detection sensor 32a. Further, the electronic control unit 50 calculates the storage ratio SOC of the battery 36 based on the integrated value of the current Ib of the battery 36 from the current sensor 36b. Here, the storage ratio SOC is the ratio of the capacity of electric power that can be discharged from the battery 36 to the total capacity of the battery 36.

実施例の昇圧システムは、昇圧コンバータ40と、コンデンサ46と、電圧センサ46aと、コンデンサ48と、電圧センサ48aと、電子制御ユニット50と、が該当する。 The boost converter 40, the capacitor 46, the voltage sensor 46a, the capacitor 48, the voltage sensor 48a, and the electronic control unit 50 correspond to the boost system of the embodiment.

こうして構成された実施例の昇圧システムでは、走行状態などに応じて高電圧系電力ライン42の電圧VHの上限電圧VHhighが設定されると共に上限電圧VHhighの範囲内で目標電圧VH*が設定されると、基本的には、通常制御として、高電圧系電力ライン42の電圧VHを目標電圧VH*となるように、トランジスタT31,T32の双方をオフとするデッドタイムを挟んでトランジスタT31をオンとすると共にトランジスタT32をオフとする状態とトランジスタT31をオフとすると共にトランジスタT32をオンとする状態との割合を調節するフィードバック制御を行なう。 In the boosting system of the embodiment configured in this way, the upper limit voltage VHigh of the voltage VH of the high voltage system power line 42 is set and the target voltage VH * is set within the range of the upper limit voltage VHigh according to the running state and the like. Basically, as normal control, the transistor T31 is turned on with a dead time that turns off both the transistors T31 and T32 so that the voltage VH of the high voltage system power line 42 becomes the target voltage VH *. At the same time, feedback control is performed to adjust the ratio between the state in which the transistor T32 is turned off and the state in which the transistor T31 is turned off and the transistor T32 is turned on.

次に、実施例の昇圧システムの動作、特に、モータ32が回生制御されていることにより高電圧系電力ライン42の電力を降圧して低電圧系電力ライン44に供給する際の動作について説明する。図2は、電子制御ユニット50により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎(例えば、数十msec毎)に繰り返し実行される。 Next, the operation of the boosting system of the embodiment, particularly the operation when the power of the high voltage system power line 42 is stepped down and supplied to the low voltage system power line 44 by the regeneration control of the motor 32 will be described. .. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a boost control routine executed by the electronic control unit 50. This routine is repeatedly executed at predetermined time intervals (for example, every several tens of ms).

昇圧制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、まず、電流センサ40aからのリアクトル電流ILや、電圧センサ48aからの低電圧系電圧VLなどの昇圧制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。続いて、リアクトル電流ILが閾値ILref未満であるか否か及び低電圧系電圧VLが閾値VLref以上であるか否かを判定する(ステップS110)。ここで、閾値ILrefは、高電圧系電力ライン42の電力を降圧して低電圧系電力ライン44に供給しているときの電流値(負の値)であり、昇圧システムで予め定められた負側の使用範囲の下限値より大きくその中央値より小さな値を用いることができる。閾値VLrefは、低電圧系電力ライン44の電圧として予め定められた使用範囲の上限値より小さくその中央値より大きな値を用いることができる。 When the boost control routine is executed, the electronic control unit 50 first performs a process of inputting data necessary for boost control such as the reactor current IL from the current sensor 40a and the low voltage system voltage VL from the voltage sensor 48a. Execute (step S100). Subsequently, it is determined whether or not the reactor current IL is less than the threshold value ILref and whether or not the low voltage system voltage VL is equal to or more than the threshold value VLref (step S110). Here, the threshold ILref is a current value (negative value) when the power of the high voltage system power line 42 is stepped down and supplied to the low voltage system power line 44, and is a negative value predetermined by the boosting system. A value larger than the lower limit of the usage range on the side and smaller than the median value can be used. As the threshold value VLref, a value smaller than the upper limit value of the predetermined use range and larger than the median value can be used as the voltage of the low voltage system power line 44.

ステップS110でリアクトル電流ILが閾値ILref以上であると判定されたり、低電圧系電圧VLが閾値VLref未満であると判定されたときには、上述した通常制御を実施し(ステップS120)、トランジスタT31,T32の双方をオフとするデッドタイムdtにデフォルト値dtset(例えば数μsecなど)を設定して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。 When it is determined in step S110 that the reactor current IL is equal to or higher than the threshold value ILref or the low voltage system voltage VL is determined to be less than the threshold value VLref, the above-mentioned normal control is performed (step S120), and the transistors T31 and T32 are executed. A default value dtset (for example, several μsec) is set in the dead time dt that turns off both of the above (step S130), and this routine ends.

一方、ステップS110でリアクトル電流ILが閾値ILref未満であり且つ低電圧系電圧VLが閾値VLref以上であると判定されたときには、通常制御に代えて片素子制御を実施し(ステップS140)、デッドタイムdtをリアクトル電流ILに基づいて設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。片素子制御は、昇圧コンバータ40の下アームであるトランジスタT32をオフとした状態で、高電圧系電力ライン42の電圧VHを目標電圧VH*となるように、上アームであるトランジスタT31のオンオフの割合を調節する制御である。片素子制御では、下アームのトランジスタT32が常時オフであるため、デッドタイムdtは不要となる。デッドタイムdtの設定は、実施例では、リアクトル電流ILとデッドタイムdtとの関係を予め定めてデッドタイム設定用マップとして記憶しておき、リアクトル電流ILが与えられるとマップから対応するデッドタイムdtを導出することにより行なうものとした。図3にデッドタイム設定用マップの一例を示す。図示するように、実施例では、リアクトル電流ILが閾値ILrefより小さくなるほど(負の値として大きくなるほど)デッドタイムdtが小さくなるように定められている。このようにデッドタイムdtを設定するのは、システムに過電流や過電圧などが生じるのを抑止するためである。片素子制御では、デッドタイムdtは不要であるから値0としてもよいが、こうすると通常制御と片素子制御との切り替え時にデッドタイムdtが急変する。このため、実デューティが急変し、システムに過電流や過電圧などが生じてしまう。これを抑止するために、デフォルト値dtsetと値0との間を滑らかに変化させるようにデッドタイムdtを設定するのである。 On the other hand, when it is determined in step S110 that the reactor current IL is less than the threshold value ILref and the low voltage system voltage VL is equal to or higher than the threshold value VLref, one-element control is performed instead of the normal control (step S140), and the dead time is set. The dt is set based on the reactor current IL (step S150), and this routine ends. In single element control, the transistor T32, which is the lower arm of the boost converter 40, is turned off, and the transistor T31, which is the upper arm, is turned on and off so that the voltage VH of the high voltage system power line 42 becomes the target voltage VH *. It is a control that adjusts the ratio. In the one-element control, the transistor T32 of the lower arm is always off, so that the dead time dt is unnecessary. In the embodiment, the dead time dt is set by predetermining the relationship between the reactor current IL and the dead time dt and storing it as a dead time setting map, and when the reactor current IL is given, the corresponding dead time dt is set from the map. It was decided to do it by deriving. FIG. 3 shows an example of a map for setting a dead time. As shown in the figure, in the embodiment, it is defined that the dead time dt becomes smaller as the reactor current IL becomes smaller than the threshold value ILref (as it becomes larger as a negative value). The reason for setting the dead time dt in this way is to prevent an overcurrent or an overvoltage from occurring in the system. In the one-element control, the dead time dt is unnecessary and may be set to 0. However, in this case, the dead time dt suddenly changes when switching between the normal control and the one-element control. Therefore, the actual duty changes suddenly, and an overcurrent or an overvoltage occurs in the system. In order to suppress this, the dead time dt is set so as to smoothly change between the default value dtset and the value 0.

リアクトル電流ILが閾値ILref未満であり且つ低電圧系電圧VLが閾値VLref以上であると判定されたときに片素子制御を実施する理由について説明する。図4は、昇圧コンバータ40の通常制御における指令デューティと実デューティの際のトランジスタT31,32のオンオフ状態の一例を示す説明図である。図中、「上アーム」はトランジスタT31であり、「下アーム」はトランジスタT32である。指令デューティは、上アームのデューティ99%のときのオンオフ状態を示し、実デューティは、下アームのデューティ1%のときのオンオフ状態を示す。指令デューティでは、デッドタイムdtを考慮していないため、上アームのデューティ99%は下アームのデューティ1%と同意となる。一方、実デューティの下アーム1%は、上アームのデューティは、スイッチング周期の1/100をSWtとすると「99−2dt/SWt」%となる。いま、制御可能なデューティとして上アームも下アームの1%以上と仮定すると、デッドタイムdtを考慮すれば、制御可能な上アームの最大デューティは「99−2dt/SWt」%となる。このため、高電圧系電圧VHは、低電圧系電圧VLより若干高い電圧までしか制御できない。上述したように、通常制御では、走行状態などに応じて高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighが設定されるから、上限電圧VHhighとして設定可能な下限値VHlimとしては、低電圧系電圧VLの使用範囲の最大電圧より若干高い電圧となる。実施例と比較例の低電圧系電圧VLの使用範囲と高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimとの関係を図5に示す。図5中、実線は実施例の高電圧系電圧VHの制御可能な電圧の最小値を示し、破線は比較例の高電圧系電圧VHの制御可能な電圧の最小値を示し、ハッチング領域はデッドタイムdtを考慮することにより高電圧系電圧VHを制御することができない領域(不感帯)を示す。比較例は、リアクトル電流ILや低電圧系電圧VLに拘わらず、通常制御を行なうものとした。高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimは、低電圧系電圧VLが変化することを考慮すると、低電圧系電圧VLの使用範囲において高電圧系電圧VHの制御可能な電圧の最小値のうちの最大値となる。比較例では、ハッチング領域の最大値である電圧VH1が下限値VHlimとなる。実施例では、低電圧系電圧VLが閾値VLref以上では、片素子制御を実行するから、デッドタイムdtは不要となり、高電圧系電圧VHの制御可能な電圧の最小値は低電圧系電圧VLに一致する。このため、低電圧系電圧VLの使用範囲において高電圧系電圧VHの制御可能な電圧の最小値のうちの最大値は低電圧系電圧VLの使用範囲の最大値としての電圧VH2となる。したがって、実施例では、高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimは電圧VH2となり、比較例に比して低くすることができる。 The reason why the one-element control is performed when it is determined that the reactor current IL is less than the threshold value ILref and the low voltage system voltage VL is equal to or more than the threshold value VLref will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an on / off state of the transistors T31 and 32 at the time of the command duty and the actual duty in the normal control of the step-up converter 40. In the figure, the "upper arm" is the transistor T31, and the "lower arm" is the transistor T32. The command duty indicates an on / off state when the duty of the upper arm is 99%, and the actual duty indicates an on / off state when the duty of the lower arm is 1%. Since the command duty does not consider the dead time dt, 99% of the duty of the upper arm agrees with the duty of 1% of the lower arm. On the other hand, the duty of the upper arm of the lower arm 1% of the actual duty is "99-2 dt / SWt"% when 1/100 of the switching cycle is SWt. Assuming that the upper arm is also 1% or more of the lower arm as the controllable duty, the maximum duty of the controllable upper arm is "99-2 dt / SWt"% in consideration of the dead time dt. Therefore, the high voltage system voltage VH can be controlled only to a voltage slightly higher than the low voltage system voltage VL. As described above, in the normal control, the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH is set according to the running state and the like. Therefore, the low voltage system voltage VL is used as the lower limit value VHlim that can be set as the upper limit voltage VHigh. The voltage will be slightly higher than the maximum voltage in the range. FIG. 5 shows the relationship between the range of use of the low voltage system voltage VL of Examples and Comparative Examples and the lower limit value VHlim of the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH. In FIG. 5, the solid line shows the minimum controllable voltage of the high voltage system voltage VH of the example, the broken line shows the minimum controllable voltage of the high voltage system voltage VH of the comparative example, and the hatched region is dead. A region (dead zone) in which the high voltage system voltage VH cannot be controlled by considering the time dt is shown. In the comparative example, normal control is performed regardless of the reactor current IL and the low voltage system voltage VL. The upper limit value VHlim of the high voltage system voltage VH is the minimum value of the controllable voltage of the high voltage system voltage VH in the usage range of the low voltage system voltage VL, considering that the low voltage system voltage VL changes. It becomes the maximum value of. In the comparative example, the voltage VH1, which is the maximum value of the hatched region, is the lower limit value VHlim. In the embodiment, when the low voltage system voltage VL is equal to or higher than the threshold value VLref, single element control is executed, so that the dead time dt becomes unnecessary, and the minimum controllable voltage of the high voltage system voltage VH is set to the low voltage system voltage VL. Match. Therefore, in the usage range of the low voltage system voltage VL, the maximum value among the minimum values of the controllable voltage of the high voltage system voltage VH is the voltage VH2 as the maximum value of the usage range of the low voltage system voltage VL. Therefore, in the embodiment, the lower limit value VHlim of the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH is the voltage VH2, which can be made lower than that of the comparative example.

以上説明した実施例の昇圧システムでは、高電圧系電力ライン42の電力を降圧して低電圧系電力ライン44に供給している最中に、昇圧コンバータ40のリアクトル電流ILが閾値ILref未満であり且つ低電圧系電圧VLが閾値VLref以上であるときには、通常制御に代えて片素子制御を実施する。片素子制御では、デッドタイムdtは不要であるから、高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimとして低電圧系電圧VLの使用範囲における最大値を設定することができる。このため、デッドタイムdtが必要な通常制御に比して、高電圧系電圧VHの上限電圧VHhighの下限値VHlimを低くすることができ、気圧が低いときの部品保護をより適正に行なうことができる。 In the boosting system of the embodiment described above, the reactor current IL of the boosting converter 40 is less than the threshold ILref while the power of the high voltage system power line 42 is stepped down and supplied to the low voltage system power line 44. Moreover, when the low voltage system voltage VL is equal to or higher than the threshold value VLref, one-element control is performed instead of the normal control. Since the dead time dt is unnecessary in the one-element control, the maximum value in the usage range of the low voltage system voltage VL can be set as the lower limit value VHlim of the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH. Therefore, the lower limit value VHlim of the upper limit voltage VHigh of the high voltage system voltage VH can be lowered as compared with the normal control requiring the dead time dt, and the component protection when the atmospheric pressure is low can be performed more appropriately. it can.

また、実施例の昇圧システムでは、通常制御に代えて片素子制御を実施するときには、リアクトル電流ILが閾値ILrefより小さくなるほど(負の値として大きくなるほど)デッドタイムdtが小さくなるように設定する。これにより、通常制御と片素子制御との切り替え時にデッドタイムdtが急変することによって実デューティが急変し、システムに過電流や過電圧などが生じるのを抑制することができる。 Further, in the boosting system of the embodiment, when the one-element control is performed instead of the normal control, the dead time dt is set so that the smaller the reactor current IL becomes smaller than the threshold value ILref (the larger the negative value), the smaller the dead time dt. As a result, it is possible to prevent an overcurrent, an overvoltage, or the like from occurring in the system due to a sudden change in the actual duty due to a sudden change in the dead time dt when switching between the normal control and the one-element control.

実施例では、昇圧システムを電気自動車20に搭載するものとしたが、こうした昇圧システムをハイブリッド自動車に搭載するものとしてもよいし、昇圧システムを自動車以外の駆動装置などに組み込むものとしてもよい。 In the embodiment, the boosting system is mounted on the electric vehicle 20, but such a boosting system may be mounted on the hybrid vehicle, or the boosting system may be mounted on a drive device other than the vehicle.

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to examples, the present invention is not limited to these examples, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be done.

本発明は、昇圧システムの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of boosting systems and the like.

20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、32u,32v,36b 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、36a,46a,48a 電圧センサ、40 昇圧コンバータ、40a 電流センサ、42 高電圧系電力ライン、44 低電圧系電力ライン、46,48 コンデンサ、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、60 イグニッションスイッチ、61 シフトレバー、62 シフトポジションセンサ、63 アクセルペダル、64 アクセルペダルポジションセンサ、65 ブレーキペダル、66 ブレーキペダルポジションセンサ、68 車速センサ、D11〜D16,D31,D32 ダイオード、L リアクトル、T11〜T16,T31,T32 トランジスタ。 20 electric vehicle, 22a, 22b drive wheel, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 32a rotation position detection sensor, 32u, 32v, 36b current sensor, 34 inverter, 36 battery, 36a, 46a, 48a voltage sensor, 40 Boost converter, 40a current sensor, 42 high voltage power line, 44 low voltage power line, 46,48 capacitors, 50 electronic control unit, 52 CPU, 54 ROM, 56 RAM, 60 ignition switch, 61 shift lever, 62 shift Position sensor, 63 accelerator pedal, 64 accelerator pedal position sensor, 65 brake pedal, 66 brake pedal position sensor, 68 vehicle speed sensor, D11 to D16, D31, D32 diode, L reactor, T11 to T16, T31, T32 transistor.

Claims (1)

低電圧系電力ラインの正極ラインに一端子が接続されたリアクトルと、前記リアクトルの他端子に一端子が接続されると共に高電圧系電力ラインの正極ラインに他端子が接続された第1スイッチング素子と、前記低電圧系電力ラインおよび前記高電圧系電力ラインの負極ラインに一端子が接続されると共に前記リアクトルの他端子および前記第1スイッチング素子の一端子に他端子が接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子に対して逆方向に並列に接続された第1ダイオードと、前記第2スイッチング素子に対して逆方向に並列に接続された第2ダイオードと、を備える昇圧回路と、
前記低電圧系電力ラインの正極ラインおよび負極ラインに一端子および他端子が接続されたコンデンサと、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを同時にオフとするデッドタイムを用いて前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを交互にオンオフする割合を操作することにより前記高電圧系電力ラインの電圧を制御する制御装置と、
を備える昇圧システムであって、
前記制御装置は、前記高電圧系電力ラインの電力を降圧して前記低電圧系電力ラインに供給している最中に、前記コンデンサの電圧が所定電圧以上のときには、前記第2スイッチング素子をオフとした状態で前記第1スイッチング素子をオンオフする割合を操作することにより前記高電圧系電力ラインの電圧を制御する、
ことを特徴とする昇圧システム。
A reactor in which one terminal is connected to the positive electrode line of the low-voltage power line, and a first switching element in which one terminal is connected to the other terminal of the reactor and another terminal is connected to the positive voltage line of the high-voltage power line. A second switching in which one terminal is connected to the low voltage system power line and the negative voltage line of the high voltage system power line, and another terminal is connected to the other terminal of the reactor and one terminal of the first switching element. A booster circuit including an element, a first diode connected in parallel to the first switching element in the opposite direction, and a second diode connected in parallel to the second switching element in the opposite direction. ,
A capacitor in which one terminal and another terminal are connected to the positive electrode line and the negative electrode line of the low-voltage power line, and
The high-voltage system power is obtained by manipulating the ratio of alternately turning on and off the first switching element and the second switching element by using a dead time for turning off the first switching element and the second switching element at the same time. A control device that controls the voltage of the line and
It is a booster system equipped with
The control device turns off the second switching element when the voltage of the capacitor is equal to or higher than a predetermined voltage while the power of the high voltage system power line is stepped down and supplied to the low voltage system power line. The voltage of the high voltage system power line is controlled by manipulating the ratio of turning on and off the first switching element in the above state.
A boosting system characterized by that.
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