JP7075199B2 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Description

リアクトルと駆動スイッチとを備える電力変換装置に適用される制御装置に関する。

駆動スイッチを備える電力変換装置において、入力電圧が所定値よりも低い電圧となる場合、駆動スイッチの１スイッチング周期に対するオン操作期間の比率である時比率を最大としても、出力電圧を目標とする指令電圧まで上昇させることができない場合がある。そのため、特許文献１で開示された制御装置では、入力電圧が所定値よりも低い電圧であることが判定された場合に、駆動スイッチを操作する操作信号の周波数を低くすることで、オン操作期間を増加させている。

特開２００９―２３２６６２号公報

ところで、電力変換装置の制御方式として、駆動スイッチに流れる電流を指令電流に制御すべく、駆動スイッチを操作するピーク電流モード制御がある。ピーク電流モード制御において、出力電圧を指令電圧に制御する上では、時比率がその最大値となっている状態を判定することが要求される。

本発明は、上記課題に鑑みたものであり、ピーク電流モード制御を実施する制御装置において、駆動スイッチの１スイッチング周期に対するオン操作期間の比率がその最大値となっている状態を判定することができる制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る制御装置は、リアクトルと、オン・オフ操作される駆動スイッチと、前記リアクトルに流れるリアクトル電流を検出する電流検出部と、前記駆動スイッチの１スイッチング周期を定める基本信号を生成する信号生成部と、を備える電力変換装置に適用される。制御装置は、前記リアクトル電流が指令電流まで上昇した場合に出力を反転させるコンパレータを有し、前記基本信号により定められたオン操作期間内において前記コンパレータの出力が反転した場合に前記駆動スイッチをオフ操作するピーク電流モード制御を実施する電流制御部と、前記ピーク電流モード制御の実施下において、前記１スイッチング周期内で前記コンパレータの出力が反転していないことを検出した場合に、前記駆動スイッチのスイッチング周波数の切替えが必要であると判定する切替判定部と、前記切替判定部により前記スイッチング周波数の切替えが必要であると判定されない場合は、前記スイッチング周波数を第１周波数にし、前記スイッチング周波数の切替えが必要であると判定された場合は、前記スイッチング周波数を前記第１周波数から前記第１周波数よりも低い第２周波数に切り替える周波数切替部とを備える。

本発明者は、基本信号により定められたオン操作期間内において、コンパレータの出力の反転を検出した場合に、駆動スイッチをオフ操作するピーク電流モード制御の実施下において以下の状態に着目した。すなわち、駆動スイッチのオン操作期間の増加に伴い、リアクトルに流れるリアクトル電流が上昇する。そのため、１スイッチング周期内において、リアクトル電流が指令電流まで上昇している状態とリアクトル電流が指令電流まで上昇しない状態とを比較した場合、後者の状態では、１スイッチング周期に対するオン操作期間の比率が取り得る最大値となっている可能性が高い。

この点、上記構成では、操作信号の１スイッチング周期内においてコンパレータの出力が反転していないことを検出した場合に、駆動スイッチのスイッチング周波数の切替えが必要であると判定する。そして、スイッチング周波数の切替えが必要と判定されない場合は、スイッチング周波数を第１周波数にし、周波数の切替えが必要と判定された場合は、スイッチング周波数を第１周波数から第１周波数よりも低い第２周波数に切替ることとした。そのため、制御装置は、ピーク電流モード制御の実施下において、駆動スイッチの１スイッチング周期に対するオン操作期間の比率がその最大値となっている状態を判定することができる。

電力変換装置の回路図。 制御装置の機能ブロック図。 １スイッチング周期に占めるオン操作期間Ｔｏｎとオフ操作期間Ｔｏｆｆとを示す図。 切替判定の原理を説明する図。 切替判定の原理を説明する図。 周波数切替処理を説明するフローチャート。 本実施形態の効果を説明する図。 第２実施形態に係る周波数切替処理の手順を説明するフローチャート。 第２実施形態の変形例１に係る周波数切替処理の手順を説明するフローチャート。 第２実施形態の変形例２に係る周波数切替処理の手順を説明するフローチャート。 第２実施形態の変形例３に係る周波数切替処理の手順を説明するフローチャート。 第３実施形態に係る電力変換装置の回路図。

＜第１実施形態＞
電力変換装置の第１実施形態について説明する。電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を給電対象に供給するのに用いられる。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の回路図である。電力変換装置１００の第１入力端子ＩＮ１には直流電源６０のプラス端子が接続され、第２入力端子ＩＮ２にはマイナス端子が接続されている。本実施形態では、直流電源６０は、例えば、リチウムイオン蓄電池等の蓄電池である。また、電力変換装置１００の第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２とには機器７０が接続されている。機器７０は、例えば、車載用モニター等であり、給電対象に相当する。

電力変換装置１００は、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０を備えている。本実施形態では、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０は、直流電源６０から供給された直流電圧を降圧する降圧チョッパ型のコンバータである。

ＤＣ・ＤＣコンバータ１０は、フィルタコンデンサ１１と、主回路２０と、平滑コンデンサ１２とを備えている。本実施形態では、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０において、直流電源６０から高圧の電圧が印加される高圧側配線のうち第１入力端子ＩＮ１と主回路２０とを接続する配線を第１配線ＬＰ１と称す。また、直流電源６０から低圧の電圧が印加される低圧側配線のうち第２入力端子ＩＮ２と主回路２０とを接続する配線を第２配線ＬＰ２と称す。また、高圧側配線のうち主回路２０を構成する配線を第３配線ＬＰ３と称し、低圧側配線のうち主回路２０を構成する配線を第４配線ＬＰ４と称す。そして、高圧側配線のうち主回路２０と第１出力端子ＯＵＴ１とを接続する配線を第５配線ＬＰ５と称し、低圧側配線のうち主回路２０と第２出力端子ＯＵＴ２とを接続する配線を第６配線ＬＰ６と称す。

第１配線ＬＰ１と第２配線ＬＰ２とは、フィルタコンデンサ１１により接続されている。主回路２０は、駆動スイッチ２１と、リアクトル２２と、ダイオード２３とを備えている。本実施形態では、駆動スイッチ２１はｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。第３配線ＬＰ３において、駆動スイッチ２１のドレインはフィルタコンデンサ１１側に接続され、ソースはリアクトル２２の第１端側に接続されている。リアクトル２２の第２端は、第５配線ＬＰ５に接続されている。第３配線ＬＰ３における駆動スイッチ２１のソースとリアクトル２２の第１端と間には、ダイオード２３のカソードが接続されている。ダイオード２３のアノードは、第４配線ＬＰ４に接続されている。

第５配線ＬＰ５と第６配線ＬＰ６とは、平滑コンデンサ１２により接続されている。第５配線ＬＰ５のうち主回路２０と接続される側と反対側は、第１出力端子ＯＵＴ１に接続され、第６配線ＬＰ６のうち主回路２０と接続される側と反対側は第２出力端子ＯＵＴ２に接続されている。

電力変換装置１００は、第１電圧検出部３１と、第２電圧検出部３２と、電流センサ３３とを備えている。

第１電圧検出部３１は、第１，第２配線ＬＰ１，ＬＰ２において、第１，第２入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と、フィルタコンデンサ１１との間で、フィルタコンデンサ１１に並列接続されている。これにより、第１電圧検出部３１は、直流電源６０から供給される電圧を入力電圧Ｖ１ｒとして検出する。

第２電圧検出部３２は、第５，第６配線ＬＰ５，ＬＰ６において、平滑コンデンサ１２と第１，第２出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２との間で、平滑コンデンサ１２に並列接続されている。これにより、第２電圧検出部３２は、平滑コンデンサ１２の端子間電圧を、出力電圧Ｖ２ｒとして検出する。

電流センサ３３は、第１配線ＬＰ１において、フィルタコンデンサ１１と、主回路２０との間に直列接続されている。これにより、電流センサ３３は、主回路２０のリアクトル２２に流れるリアクトル電流ＩＬｒを検出する。本実施形態では、電流センサ３３が電流検出部に相当する。

電力変換装置１００は、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、周知のマイクロコンピュータにより構成されており、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊に制御すべく、駆動スイッチ２１を操作するための操作信号ＧＳを出力する。なお、制御装置３０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

本実施形態では、制御装置３０は、リアクトル電流ＩＬｒを指令電流ＩＬ＊に制御すべく、周知のピーク電流モード制御を実施する。図２に示すように、制御装置３０は、定電圧制御部４１と、上限電流設定部４２と、最小値選択部４３と、電流制御部４４と、信号生成部４５とを備えている。

定電圧制御部４１は、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊にフィードバック制御するための操作量として、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０の出力電流の目標値である目標電流値Ｉｒｅｆ１を算出する。

上限電流設定部４２は、上限電流値Ｉｒｅｆ２を算出する。上限電流値Ｉｒｅｆ２はＤＣ・ＤＣコンバータ１０の定格電流に応じて設定されている。例えば、リアクトル２２に流れる電流などを考慮し、上限電流値Ｉｒｅｆ２が定められている。

最小値選択部４３は、定電圧制御部４１から出力される目標電流値Ｉｒｅｆ１と、上限電流設定部４２から出力される上限電流値Ｉｒｅｆ２とを比較し、いずれか小さい方の値を指令電流ＩＬ＊として出力する。

信号生成部４５は、クロック信号ＣＬを生成する。クロック信号ＣＬの１周期が駆動スイッチ２１の１スイッチング周期に相当する。信号生成部４５は、例えば、クロック信号ＣＬの周波数を変更可能な周知のクロックジェネレータである。

電流制御部４４は、ＤＡ変換器３５１と、コンパレータ３５２と、加算器３５３と、ＲＳフリップフロップ３５４とを備えている。指令電流ＩＬ＊は、ＤＡ変換器３５１に入力される。ＤＡ変換器３５１は、入力された指令電流ＩＬ＊をデジタル値からアナログ値に変換する。アナログ値に変換された指令電流ＩＬ＊は、コンパレータ３５２の反転入力端子に入力される。加算器３５３は、電流センサ３３により検出されたリアクトル電流ＩＬｒとスロープ補償信号Ｓｌｏｐｅとを加算し、補償後リアクトル電流ＡＩＬとして出力する。加算器３５３から出力された補償後リアクトル電流ＡＩＬは、コンパレータ３５２の非反転入力端子に入力される。なお、スロープ補償信号Ｓｌｏｐｅは、リアクトル２２に流れる電流の変動に伴う発振を抑制するものである。

コンパレータ３５２は、指令電流ＩＬ＊と補償後リアクトル電流ＡＩＬとを比較し、補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊より小さい期間において、ロー状態の出力信号ＣｏをＲＳフリップフロップ３５４のＲ端子に入力する。また、コンパレータ３５２は、補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊より大きい期間において、ハイ状態の出力信号ＣｏをＲＳフリップフロップ３５４のＲ端子に入力する。更に、ＲＳフリップフロップ３５４のＳ端子には、信号生成部４５からのクロック信号ＣＬが入力される。ＲＳフリップフロップ３５４の出力端子Ｑから出力される操作信号ＧＳがハイ状態となる期間が、駆動スイッチ２１がオン操作されるオン操作期間となる。一方、操作信号ＧＳがロー状態となる期間が、駆動スイッチ２１がオフ操作されるオフ期間となる。

本実施形態では、信号生成部４５は、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１とする場合、第１クロック信号ＣＬ１を出力する。また、信号生成部４５は、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１よりも低い第２周波数Ｆ２とする場合、第２クロック信号ＣＬ２を出力する。第１，第２クロック信号ＣＬ１，ＣＬ２が基本信号に相当する。

図３（ａ）は、操作信号ＧＳの周波数が第１周波数Ｆ１となる場合の１スイッチング周期に占めるオン操作期間Ｔｏｎとオフ操作期間Ｔｏｆｆとを示す。以下、第１周波数Ｆ１に対応する１スイッチング周期を第１周期Ｔｓｗ１（＝１／Ｆ１）と称す。図３（ｂ）は、操作信号ＧＳの周波数が第２周波数Ｆ２となる場合の１スイッチング周期に占めるオン操作期間Ｔｏｎとオフ操作期間Ｔｏｆｆとを示す。以下、第２周波数Ｆ２に対応する１スイッチング周期を第２周期Ｔｓｗ２（＝１／Ｆ２）と称す。操作信号ＧＳの周波数が第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更されることで、駆動スイッチ２１の１スイッチング周期は、第１周期Ｔｓｗ１から、この第１周期Ｔｓｗ１よりも長い第２周期Ｔｓｗ２となる。また、第２周期Ｔｓｗ２では、オン操作期間Ｔｏｎ２が、第１周期Ｔｓｗ１でのオン操作期間Ｔｏｎ１よりも長くなる。

本実施形態では、１スイッチング周期内に必ずオフ操作期間Ｔｏｆｆが生じるように、１スイッチング周期Ｔｓｗ内に最低限のオフ操作期間Ｔｏｆｆが定められている。そのため、操作信号ＧＳの周波数が第１，第２周波数Ｆ１，Ｆ２のいずれとなる場合においても、１スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン操作期間Ｔｏｎの時比率Ｄｒ（＝Ｔｏｎ１／Ｔｓｗ１，Ｔｏｎ２／Ｔｓｗ２）は１００％よりも小さい値となる。操作信号ＧＳにより定められる第１，第２周波数Ｆ１，Ｆ２がスイッチング周波数に相当する。

次に、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０の動作を説明する。ＤＣ・ＤＣコンバータ１０は、制御装置３０から出力される操作信号ＧＳにより、リアクトル電流ＩＬｒが増加する第１状態と、リアクトル電流ＩＬｒが減少する第２状態とのいずれかの状態にされる。

第１状態では、操作信号ＧＳがハイ状態となる期間であり、駆動スイッチ２１がオン操作される。そのため、リアクトル２２に磁気エネルギが蓄積され、リアクトル電流ＩＬｒが上昇する。

第１状態に続く第２状態では、制御装置３０から出力される操作信号ＧＳがロー状態となる期間であり、駆動スイッチ２１がオフ操作される。そのため、ダイオード２３、リアクトル２２、及び機器７０を含む閉回路が形成される。また、リアクトル２２が放電を開始することで、閉回路に電流が流れ、リアクトル電流ＩＬｒが低下する。

また、制御装置３０は、ピーク電流モード制御の実施下において、オン操作期間Ｔｏｎの時比率がその最大値となっていることを検出した場合に、操作信号ＧＳの周波数の切り替えが必要であることを判定する切替判定処理を実施する。また、制御装置３０は、切替判定処理により、操作信号の周波数の切り替えが必要であることを判定した場合、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。

図４，図５は、本実施形態に係る切替判定の原理を説明する図である。図４は、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇している場合の補償後リアクトル電流ＡＩＬと指令電流ＩＬ＊との推移を示している。図５は、スイッチング周期Ｔｓｗにおいて補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇しない場合の補償後リアクトル電流ＡＩＬと指令電流ＩＬ＊との推移を示している。

駆動スイッチ２１のオン操作期間の増加に伴い、リアクトル２２の磁気エネルギが増加し、リアクトル電流ＩＬｒが上昇する。図４では、１スイッチング周期Ｔｓｗ内で操作信号ＧＳが取り得るオン操作期間Ｔｏｎの最大値となるよりも前に、補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇している。そのため、コンパレータ３５２の出力信号Ｃｏがロー状態からハイ状態に切り替わるタイミングで、操作信号ＧＳがハイ状態からロー状態に切り替わる。このため、駆動スイッチ２１がオフ操作され、リアクトル電流ＩＬｒが増加から減少に転じている。

図５では、１スイッチング周期Ｔｓｗ内で操作信号ＧＳが取り得るオン操作期間Ｔｏｎの最大値を経過しても、補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇していない。そのため、コンパレータ３５２の出力信号Ｃｏは反転していない。図５に示す状態では、その後、操作信号ＧＳがハイ状態からロー状態に切り替わることで、駆動スイッチ２１がオフ操作され、リアクトル電流ＩＬｒが増加から減少に転じている。

図４，図５に示したように、１スイッチング周期Ｔｓｗ内で補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇しない状態は、時比率Ｄｒがその最大値となっている可能性が高い。一方で、１スイッチング周期Ｔｓｗ内で補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇している状態は、時比率Ｄｒがその最大値となっていない可能性が高い。

時比率Ｄｒがその最大値となっている状態で、入力電圧Ｖ１ｒの低下や、指令電圧Ｖ２＊の増加が生じると、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊に制御できなくなるおそれがある。そこで、制御装置３０は、１スイッチング周期Ｔｓｗ内におけるコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏの論理反転の有無から、時比率Ｄｒがその最大値となっているか否かを判定する。制御装置３０は、１スイッチング周期Ｔｓｗ内においてコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏがロー状態からハイ状態に切り替わっていないことを判定した場合、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。

次に、図６を用いて、制御装置３０が実施する周波数の切替処理を説明する。図６の処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１０では、１スイッチング周期Ｔｓｗ内においてコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏの変化を監視する。ステップＳ１１では、ステップＳ１０での監視結果に基づいて、１スイッチング周期Ｔｓｗ内においてコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏがロー状態からハイ状態に切り替わったか否かを判定する。ステップＳ１１が切替判定部に相当する。

ステップＳ１１で否定判定した場合、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進む場合、操作信号ＧＳの周波数の切り替えが必要であるため、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。そのため、操作信号ＧＳにおける１スイッチング周期Ｔｓｗ内でのオン操作期間Ｔｏｎが増加する。

ステップＳ１１で肯定判定した場合、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３に進む場合、操作信号ＧＳの周波数の切り替えは不要であるため、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に維持する。

ステップＳ１２及びステップＳ１３が周波数切替部に相当する。ステップＳ１２又はＳ１３の処理が終了すると、図６の処理を一旦終了する。

次に、本実施形態の効果を、図７を用いて説明する。

図７は、電力変換装置１００の動作可能範囲を説明する図である。具体的には、横軸の入力電圧Ｖ１ｒに対して、縦軸を出力電圧Ｖ２ｒの最大出力値Ｖ２ｍａｘとする図である。図７に実線にて、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に固定した場合の動作可能範囲を示す。また、破線にて、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えた場合の動作可能範囲の拡大分を示す。

図７では、入力電圧Ｖ１ｒの低電圧側であるＴＶ１～ＴＶ２の範囲において、最大出力値Ｖ２ｍａｘが増加している。そのため、本実施形態において、操作信号ＧＳの周波数を低くすることで、入力電圧Ｖ１ｒがＴＶ１～ＴＶ２の低電圧側範囲において出力電圧Ｖ２ｒの範囲を拡大することができる。

以上説明した本実施形態によれば以下の効果を奏する。

・制御装置３０は、駆動スイッチ２１の１スイッチング周期Ｔｓｗ内においてコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転していないことを検出した場合に、操作信号ＧＳの周波数の切り替えが必要であると判定する。そして、周波数の切り替えが必要と判定した場合は、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１よりも低い第２周波数Ｆ２に切り替えることとした。そのため、ピーク電流モード制御の実施下において、駆動スイッチ２１のオン操作期間の時比率Ｄｒがその最大値となっている状態を把握することができる。また、入力電圧Ｖ１ｒの低電圧範囲ＴＶ１～ＴＶ２において、出力電圧Ｖ２ｒの範囲を拡大することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号を付した箇所は同一の箇所を示し、その説明は繰り返さない。

本実施形態では、コンパレータ３５２の出力が反転していない場合であっても、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えない例外条件を定めていることが第１実施形態と異なる。補償後リアクトル電流ＡＩＬが指令電流ＩＬ＊まで上昇しておらずコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因として、入力電圧Ｖ１ｒが低すぎる場合、指令電圧Ｖ２＊が高すぎる場合、及びリアクトル電流ＩＬｒが一時的に減少した場合のいずれかが想定される。

コンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因が、リアクトル電流ＩＬｒの一時的な減少である場合、操作信号ＧＳの周波数を低くしてしまうと、不要に出力電圧Ｖ２ｒを増加させるおそれがある。具体的には、入力電圧Ｖ１ｒと指令電圧Ｖ２＊とが適正な値であるのにもかかわらず、リアクトル電流ＩＬｒが一時的に減少した状態で操作信号ＧＳの周波数を低くすると、出力電圧Ｖ２ｒが増加する。

そこで、本実施形態では、制御装置３０は、コンパレータ３５２の出力信号Ｃｏの反転しないことが、リアクトル電流ＩＬｒの一時的な減少を原因とする場合には、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えないこととしている。

図８を用いて、第２実施形態に係る周波数切替処理を説明する。図８の処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１０の処理の後、ステップＳ２１では、入力電圧Ｖ１ｒを取得する。ステップＳ２２では、指令電圧Ｖ２＊を取得する。

ステップＳ１１において、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しなかったことを判定すると、ステップＳ２３に進む。本実施形態では、ステップＳ２３及びステップＳ２４において、電力変換装置１００のリアクトル電流ＩＬｒが一時的に減少したか否かを判定する。ステップＳ２３及びステップＳ２４が原因判定部に相当する。

まず、ステップＳ２３では、入力電圧Ｖ１ｒが入力電圧閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定する。本実施形態では、入力電圧閾値ＴＨ１を、周波数を第１周波数Ｆ１とし、かつオン操作期間Ｔｏｎの時比率Ｄｒをその最大値とした状態における操作信号ＧＳを用いて駆動スイッチ２１を操作したとしても、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊に制御できない場合の入力電圧Ｖ１ｒの上限値に定めている。

ステップＳ２３において肯定判定した場合、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進む場合、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因は、入力電圧Ｖ１ｒが低いことにあるため、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。

入力電圧Ｖ１ｒが入力電圧閾値ＴＨ１よりも大きい場合、ステップＳ２３において否定判定し、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、指令電圧Ｖ２＊が出力電圧閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。本実施形態では、出力電圧閾値ＴＨ２を、次のように定めている。すなわち、周波数が第１周波数Ｆ１であり、かつオン操作期間Ｔｏｎの時比率Ｄｒがその最大値とした状態における操作信号ＧＳを用いて駆動スイッチ２１を操作したとしても、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊に制御できない場合の指令電圧Ｖ２＊の下限値に定めている。

ステップＳ２４において肯定判定した場合、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進む場合、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因は、指令電圧Ｖ２＊が高すぎることにあるため、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更する。

指令電圧Ｖ２＊が出力電圧閾値ＴＨ２よりも小さい場合、ステップＳ２４において否定判定し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３に進む場合、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因は、リアクトル電流ＩＬｒが一時的に減少したことにあるとみなし、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に維持する。

ステップＳ１２又はステップＳ１３の処理が終了すると、図８の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば以下の効果を奏する。

・制御装置３０は、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない場合に、リアクトル電流ＩＬｒが指令電流ＩＬ＊まで上昇しなかった原因がリアクトル電流ＩＬｒの一時的な低下に基づくものであるか否かを、入力電圧Ｖ１ｒ、及び指令電圧Ｖ２＊に基づいて判定する。原因がリアクトル電流ＩＬｒの一時的な低下に基づくものであると判定した場合は、操作信号ＧＳを第１周波数Ｆ１に維持する。この場合、出力電圧Ｖ２ｒを不要に増加させてしまうことを防止し、機器７０に対する電力の供給を安定化させることができる。

＜第２実施形態の変形例１＞
図９を用いて、第２実施形態の変形例１に係る周波数切替処理を説明する。図９の処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１において１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しなかったことを判定すると、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、入力電圧Ｖ１ｒが入力電圧閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定する。

ステップＳ３１において否定判定した場合、ステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ３１において肯定判定した場合、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、指令電圧Ｖ２＊が出力電圧閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。

ステップＳ３２において肯定判定した場合、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２に進む場合、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。

ステップＳ３２において否定判定した場合、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３に進む場合、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しない原因は、リアクトル電流ＩＬｒが一時的に減少したことにあるとみなし、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に維持する。

ステップＳ１２又はステップＳ１３の処理が終了すると、図９の処理を一旦終了する。

以上説明した第２実施形態の変形例１によれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜第２実施形態の変形例２＞
本実施形態では、入力電圧Ｖ１ｒに対する指令電圧Ｖ２＊の比が所定値よりも小さい場合に、コンパレータ３５２の出力が反転しなかった原因が、リアクトル電流ＩＬｒの一時的な減少にあると判定する。

図１０を用いて、第２実施形態の変形例２に係る周波数切替処理を説明する。図１０の処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１において１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しなかったことを判定すると、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、入力電圧Ｖ１ｒに対する指令電圧Ｖ２＊の比を示す判定比が判定閾値ＴＨ３以上であるか否かを判定する。ここで、同じ指令電圧Ｖ２＊であれば、入力電圧Ｖ１ｒが低くなるほど、ステップＳ４１で算出される判定比（Ｖ２＊／Ｖ１ｒ）が高い値となる。また、同じ入力電圧Ｖ１ｒであれば、指令電圧Ｖ２＊が高くなるほど、ステップＳ４１で算出される判定比が高い値となる。さらに、入力電圧Ｖ１ｒが低く、かつ指令電圧Ｖ２＊が低い場合や、入力電圧Ｖ１ｒが高く、かつ指令電圧Ｖ２＊が高い場合は、判定比が所定値よりも高い値とならない。

なお、本実施形態では、周波数が第１周波数Ｆ１であり、かつオン操作期間Ｔｏｎの時比率Ｄｒがその最大値となる場合における操作信号ＧＳを用いて駆動スイッチ２１を操作したとしても、出力電圧Ｖ２ｒを指令電圧Ｖ２＊に制御できない場合の入力電圧Ｖ１ｒの上限値と、指令電圧Ｖ２＊の下限値との比により判定閾値ＴＨ３を定めている。

ステップＳ４１において肯定判定した場合、ステップＳ１２に進み、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。一方、判定比が判定閾値ＴＨ３よりも小さく、ステップＳ４１において否定判定した場合、ステップＳ１３に進み、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に維持する。

以上説明した第２実施形態の変形例２によれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜第２実施形態の変形例３＞
本実施形態では、リアクトル電流ＩＬｒの低下速度が所定値以上である場合に、コンパレータ３５２の出力が反転しなかった原因が、リアクトル電流ＩＬｒの一時的な減少にあると判定する。

図１１を用いて、第２実施形態の変形例３に係る周波数切替処理を説明する。図１１の処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ５１では、１スイッチング周期Ｔｓｗにおける補償後リアクトル電流ＡＩＬの最大値である最大電流Ｉｍを検出する。なお、ステップＳ５１において、補償後リアクトル電流ＡＩＬの最大値に代えて、リアクトル電流ＩＬｒの最大値を最大電流Ｉｍとしてもよい。

ステップＳ１１において、１スイッチング周期Ｔｓｗ内でコンパレータ３５２の出力信号Ｃｏが反転しなかったことを判定すると、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、ステップＳ５１で検出した補償後リアクトル電流ＡＩＬの最大電流Ｉｍの低下速度を算出する。例えば、最大電流Ｉｍの検出周期毎での最大電流Ｉｍの低下量を算出し、算出した低下量を検出周期で除算することで、低下速度Ｖｄを算出する。

ステップＳ５３では、ステップＳ５２で算出した低下速度Ｖｄが速度閾値ＴＨＶより小さいか否かを判定する。低下速度Ｖｄが速度閾値ＴＨＶより小さいと判定すれば、ステップＳ１２に進み、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替える。

低下速度Ｖｄが速度閾値ＴＨＶ以上であると判定すると、ステップＳ１３に進み、操作信号ＧＳの周波数を第１周波数Ｆ１に維持する。

以上説明した第２実施形態の変形例３によれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号を付した箇所は同一の箇所を示し、その説明は繰り返さない。

本実施形態では、ＤＣ・ＤＣコンバータ１０ａは、昇圧チョッパ型のコンバータである。図１２は、第３実施形態に係る電力変換装置１００の構成図である。

主回路４０は、リアクトル２４と、駆動スイッチ２５と、ダイオード２６とを備えている。リアクトル２４は、第３配線ＬＰ３に直列接続されている。リアクトル２４の第２端には、第３配線ＬＰ３に直列接続されたダイオード２６のアノードが接続されている。ダイオード２６のカソードは、第３配線ＬＰ３において平滑コンデンサ１２側に接続されている。また、第３配線ＬＰ３において、リアクトル２４の第２端と、ダイオード２６のアノードとの間には、駆動スイッチ２５のドレインが接続されている。

また、電流センサ３３が、第１配線ＬＰ１において、フィルタコンデンサ１１の接続点と、主回路４０との間に接続されている。これにより、電流センサ３３は、直流電源６０のプラス端子から主回路４０に流れ込む電流をリアクトル電流ＩＬｒとして検出する。

本実施形態においても、制御装置３０は、ピーク電流モード制御を実施する。具体的には、制御装置３０は、リアクトル電流ＩＬｒを指令電流ＩＬ＊に制御すべく、駆動スイッチ２５を操作する。そして、制御装置３０は、１スイッチング周期Ｔｓｗにおける、コンパレータ３５２の出力信号Ｃｏの反転の有無により、オン操作期間Ｔｏｎの時比率Ｄｒがその最大値となっている状態を判定する。

以上説明した第３実施形態によれば、昇圧型のＤＣ・ＤＣコンバータ１０ａにおいても第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
・ＤＣ・ＤＣコンバータの備える主回路は、駆動スイッチを２つ以上備える構成であってもよい。この場合において、制御装置３０が、各駆動スイッチに対してピーク電流モード制御を実施する構成としてもよい。

・ＤＣ・ＤＣコンバータ１０は、トランスを備える絶縁型の降圧コンバータ又は絶縁型の昇圧コンバータであってもよい。

・電流センサ３３の位置は、駆動スイッチのソース側に設けられていても良い。また、主回路２０，４０が駆動スイッチを２つ以上備える構成である場合、各駆動スイッチのドレイン又はソース側に電流センサがそれぞれ設けられていてもよい。

２１…駆動スイッチ、２２…リアクトル、３０…制御装置、４４…電流制御部、４５…信号生成部、３５２…コンパレータ。

Claims (4)

1. リアクトル（２２，２４）と、オン・オフ操作される駆動スイッチ（２１，２５）と、前記リアクトルに流れるリアクトル電流を検出する電流検出部（３３）と、前記駆動スイッチの１スイッチング周期を定める基本信号を生成する信号生成部（４５）と、を備える電力変換装置に適用される電力変換装置の制御装置（３０）において、
   前記１スイッチング周期内で取り得る前記駆動スイッチのオン操作期間の最大値は、前記１スイッチング周期よりも短い期間であり、
   前記１スイッチング周期内で前記リアクトル電流が指令電流まで上昇した場合に出力を反転させるコンパレータ（３５２）を有し、前記駆動スイッチのオン操作が開始されてからの経過時間が前記最大値になった場合、又は前記コンパレータの出力が反転した場合に、前記駆動スイッチをオフ操作するピーク電流モード制御を実施する電流制御部と、
   前記ピーク電流モード制御の実施下において、前記経過時間が前記最大値になったことを検出した場合に、前記駆動スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から前記第１周波数よりも低い第２周波数に切替える必要があると判定する切替判定部と、
   前記切替判定部により前記スイッチング周波数の切替えが必要であると判定されない場合は、前記スイッチング周波数を前記第１周波数に維持し、前記スイッチング周波数の切替えが必要であると判定された場合は、前記スイッチング周波数を前記第１周波数から前記第２周波数に切り替える周波数切替部と、を備える電力変換装置の制御装置。
2. 前記電力変換装置の入力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記切替判定部により前記スイッチング周波数の前記第１周波数から前記第２周波数への切替えが必要であると判定された場合に、前記リアクトル電流が前記指令電流に達しなかった原因が、前記リアクトル電流の一時的な低下に基づくものであるか否かを、前記リアクトル電流、前記入力電圧、及び出力電圧の指令値の少なくとも１つに基づいて判定する原因判定部と、を備え、
   前記周波数切替部は、前記原因判定部により前記原因が前記リアクトル電流の一時的な低下に基づくものであると判定された場合、前記切替判定部の判定結果にかかわらず、前記スイッチング周波数を前記第１周波数に維持する請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
3. 前記原因判定部は、前記入力電圧が所定の入力電圧閾値より大きい場合、及び前記出力電圧の指令値が所定の出力電圧閾値より小さい場合の少なくともいずれかの場合に、前記原因が前記リアクトル電流の一時的な低下に基づくものであると判定する請求項２に記載の電力変換装置の制御装置。
4. 前記原因判定部は、前記入力電圧に対する前記出力電圧の指令値の比が判定閾値より小さい場合に、前記原因が前記リアクトル電流の一時的な低下に基づくものであると判定する請求項２に記載の電力変換装置の制御装置。

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