JPWO2015068533A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

コンデンサの残留電荷を放電する際の放電時間を短くすることである。本発明に係る電力変換装置は、インバータ回路部と、昇圧回路部と、平滑用コンデンサと、前記昇圧回路部を制御する昇圧回路制御部と、を備え、前記昇圧回路部は、第１スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子に電気的に直列に接続された第２スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子及び当該第２スイッチング素子のスイッチング動作により通電電流が制御されるリアクトルと、を有し、前記昇圧回路制御部は、デューティ指令値を変化させて前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、前記昇圧回路部から昇圧された電圧を出力する第１制御モードと、前記デューティ指令値を所定値に固定して前記平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を前記リアクトルに放電する放電制御モードと、を有する。

Description

本発明は、電力変換装置に係り、特に、インバータ及び昇圧コンバータに備わる平滑キャパシタの放電動作を実現する車載用の電力変換装置に関する。
環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車および電気自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
このインバータには、直流電源からの直流電力を平滑化するためのコンデンサを設けられる。さらにインバータには、このインバータが停止した後、コンデンサに残留した電荷を放電する為の放電回路機能を設ける必要がある。なお、インバータには、直流電源からの直流電圧を昇圧するための昇圧コンバータも設けられる。
特許文献１には、制御装置３０は、昇圧コンバータと直流電源との間に接続されるコンデンサＣ１の残留電荷が昇圧コンバータによる昇圧動作によって消費され、昇圧コンバータとインバータ回路との間に接続されるコンデンサＣ２の残留電荷が昇圧コンバータによる降圧動作によって消費されることが開示されている。
しかしながら、コンデンサの残留電荷を放電する際の放電時間を更に短くすることが求められている。
特開２００４−２０１４３９号公報
本発明の課題は、コンデンサの残留電荷を放電する際の放電時間を短くすることである。
また本発明の別の課題は、昇圧コンバータのリアクトルを利用してコンデンサの残留電荷を放電する際の信頼性を更に向上させることである。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するインバータ回路部と、前記インバータ回路部に印加する電圧を昇圧する昇圧回路部と、前記インバータ回路部と前記昇圧回路部に電気的に並列に接続される平滑用コンデンサと、前記昇圧回路部を制御する昇圧回路制御部と、を備え、前記昇圧回路部は、第１スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子に電気的に直列に接続された第２スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子及び当該第２スイッチング素子のスイッチング動作により通電電流が制御されるリアクトルと、を有し、前記昇圧回路制御部は、デューティ指令値を変化させて前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、前記昇圧回路部から昇圧された電圧を出力する第１制御モードと、前記デューティ指令値を所定値に固定して前記平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を前記リアクトルに放電する放電制御モードと、を有する。
本発明により、コンデンサの残留電荷を放電する際の放電時間を短くすることができる。
本発明の第１の実施形態にかかる電力変換システムの構成を説明する図である。 本発明の第１の実施形態にかかる制御装置５３０の構成を説明する図である。 本発明の第１の実施形態にかかる制御装置５３０の起動から停止までの流れを説明するフロー図である。 本発明の第１の実施形態にかかる制御装置５３０の起動から停止までの処理を実行した波形の時間推移を示している。 本発明の第１の実施形態にかかるキャリア生成部５２０の構成を説明する図である。 本発明の第１の実施形態にかかる昇圧コンバータ１００のキャリア周波数設定部５９０の処理手順を説明する図である。 本発明の第１の実施形態にかかる昇圧コンバータ１００のDuty指令生成部４５０の処理手順を説明する図である。 昇圧コンバータ駆動時のリアクトルのコイル及びコアの温度特性を示したものである。
以下、本発明にかかる実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本実施例の第１の実施形態にかかる電力変換システムを説明する図である。
電力変換システム0は、バッテリ１と、システムリレー２と、昇圧コンバータ１００と、インバータ１９０と、インバータ２６０と、平滑キャパシタ１１０と、放電抵抗１１５と、電圧センサ１２０と、電流センサ２７０及び電流センサ２８０と、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０及びスイッチング素子９０とインバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０とインバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のスイッチングを制御する制御装置５３０と、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０とインバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０とインバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のゲート電圧を生成するゲートドライブ回路５４０とを有する。
バッテリ１は、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどが用いられる。システムリレー２は、バッテリ１と昇圧コンバータ１００の間に配置され、システムリレー２がOFF（遮断状態）の時バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に遮断され、システムリレー２がON（導通状態）の時バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に接続されバッテリ２の電力が昇圧コンバータ１００に供給される。
昇圧コンバータ１００は、１次側がバッテリ１に接続され、２次側が平滑キャパシタ１１０に接続される。また昇圧コンバータ１００は、車両制御装置（不図示）から受信した昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊に応じて、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０と下アームのスイッチング素子９０のオンとオフの割合を変化させ、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値をバッテリ１の電圧値以上に制御する。
このように、昇圧コンバータ１００を用いて、インバータ１９０及びインバータ２６０の入力電圧を高電圧化することにより、モータジェネレータ３２０及びモータジェネレータ３６０の出力を向上させることができる。
平滑キャパシタ１１０は、昇圧コンバータ１００の出力とインバータ１９０の入力とインバータ２６０入力とを平滑化する。放電抵 抗１１５は、電圧センサ１２０とインバータ１９０及びインバータ２６０の間に接続される。
電圧センサ１２０は、平滑キャパシタ１１０と並列に接続されており、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値を検出する。なお電圧センサ１２０は、分圧抵抗とオペアンプを用いた非反転増幅回路などを組み合わせて構成される。
インバータ１９０は、直流側が平滑キャパシタ１１０に接続され、３相交流側はモータジェネレータ３２０の固定子に巻かれた３相巻線２９０に接続される。そしてインバータ１９０は、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３２０のトルク指令Ｔｒｑ１＊に応じて、平滑キャパシタ１１０の直流電圧を可変電圧、可変周波数の３相交流電圧に変換する。さらにインバータ１９０は、変換した３相交流電圧をモータジェネレータ３２０の３相巻線２９０に印加し、モータジェネレータ３２０の３相巻線２９０に流れる３相交流電流を制御する。
インバータ２６０は、直流側が平滑キャパシタ１１０に接続され、３相交流側はモータジェネレータ３６０の固定子に巻かれた３相巻線３３０に接続される。そしてインバータ２６０は、インバータ１９０と同様に、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３６０のトルク指令Ｔｒｑ２＊に応じて、平滑キャパシタ１１０の直流電圧を可変電圧、可変周波数の３相交流電圧に変換する。さらにインバータ２６０は、変換した３相交流電圧をモータジェネレータ３６０の３相巻線３３０に印加し、モータジェネレータ３６０の３相巻線３３０に流れる３相交流電流を制御する。
モータジェネレータ３２０は、固定子に巻かれた３相巻線２９０に流れる３相交流電流により回転磁界を生成し、生成した回転磁界により回転子３００を加速もしくは減速させ、モータジェネレータ３２０のトルクを生成する。生成されたモータジェネレータ３２０のトルクは、モータジェネレータ軸３７０を介して、トランスミッション３８０に伝達される。
モータジェネレータ３６０は、モータジェネレータ３２０と同様に、固定子に巻かれた３相巻線３３０に流れる３相交流電流により回転磁界を生成し、生成した回転磁界により回転子３４０を加速もしくは減速させ、モータジェネレータ３６０のトルクを生成する。生成されたモータジェネレータ３６０のトルクは、モータジェネレータ軸３７５を介して、トランスミッション３８０に伝達される。
モータジェネレータ３２０及びモータジェネレータ３６０は、小型、高効率、高出力である永久磁石電動機を用いることが望ましいが、誘導電動機であっても問題ない。
エンジン３８５は、車両制御装置（不図示）から受信したエンジン３８５のトルク指令に応じて、燃料の吸気、圧縮、燃焼、排気を制御し、エンジン３８５のトルクを生成する。生成したエンジン３８５のトルクは、クランクシャフト３９０を介して、トランスミッション３８０に伝達される。
トランスミッション３８０は、伝達されたモータジェネレータ３２０、３６０のトルクとエンジン３８５のトルクを加算したトルクを、プロペラシャフト４００を介して、ディファレンシャルギア４１０に伝達する。ディファレンシャルギア４１０は、トランスミッション３８０から伝達されたトルクを 駆動軸トルクに変換し、ドライブシャフト４２０に伝達する。
ドライブシャフト４２０は、伝達された駆動軸トルクにより、車両の駆動輪４３０の回転を加速もしくは減速させ、車両（不図示）を加速もしくは減速させる。モータジェネレータ３２０は、トランスミッション３８０を介して、モータジェネレータ軸３７０に伝達されたエンジン３８５のトルクを電力に変換し、変換した電力を、インバータ１９０と昇圧コンバータ１００を介してバッテリ１に充電する、もしくは、インバータ１９０とインバータ２６０を介して、モータジェネレータ３６０に供給することができる。さらに、モータジェネレータ３２０は、ドライブシャフト４２０とディファレンシャルギア４１０とプロペラシャフト４００とトランスミッション３８０を順に介して、モータジェネレータ軸３７０に伝達された駆動輪４３０の回転エネルギーを電力に変換し、変換した電力を、インバータ１９０と昇圧コンバータ１００を介してバッテリ１に充電することもできる。
モータジェネレータ３６０は、モータジェネレータ３２０と同様に、トランスミッション３８０を介して、モータジェネレータ軸３７５に伝達されたエンジン３８５のトルクを電力に変換し、変換した電力を、インバータ２６０と昇圧コンバータ１００を介してバッテリ１に充電する、もしくは、インバータ２６０とインバータ１９０を介 して、モータジェネレータ３２０に供給することができる。
さらに、モータジェネレータ３６０は、ドライブシャフト４２０とディファレンシャルギア４１０とプロペラシャフト４００とトランスミッション３８０を順に介して、モータジェネレータ軸３７５に伝達された駆動輪４３０の回転エネルギーを電力に変換し、変換した電力を、インバータ２６０と昇圧コンバータ１００を介してバッテリ１に充電することもできる。
ここで、昇圧コンバータ１００とインバータ１９０、２６０を介して、バッテリ１からモータジェネレータ３２０、３６０に電力を供給するモードを力行モードと定義し、モータジェネレータ３２０、３６０で発電した電力をインバータ１９０、２６０と昇圧コンバータ１００を介してバッテリ１に充電するモードを回生モードと定義する。ハイブリッド自動車は、低燃費化を実現するために、車両の発進時や加速時に、力行モードを最大限に利用し、車両の減速時には回生モードを最大限に利用する。
昇圧コンバータ１００は、Ｙキャパシタ２０及びＹキャパシタ２０３０と、シャーシグラウンド１０と、フィルタキャパシタ４０と、電圧センサ５０と、電流センサ６０と、リアクトル７０と、ＩＧＢＴとダイオードから構成される上アームのスイッチング素子８０と、ＩＧＢＴとダイオードから構成される下アームのスイッチング素子９０を有する。Ｙキャパシタ２０は、高電位側がバッテリ１の高電位側と、フィルタキャパシタ４０の高電位側と、電圧センサ５０の一端と、電流センサ６０を介してリアクトル７０の一端に接続され、低電位側がシャーシグラウンド１０と、Ｙキャパシタ３０の高電位側に接続される。
Ｙキャパシタ３０は、低電位側がバッテリ１の低電位側と、フィルタキャパシタ４０の低電位側と、電圧センサ５０の他端と、昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子９０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側に接続される。
フィルタキャパシタ４０は、バッテリ１の出力を平滑化し、システムリレー２が閉状態のときにはバッテリ１と同じ電圧となる。リアクトル７０は、リアクトル７０のコイル温度を計測するためのサーミスタ７１を有する。つまりサーミスタ７１は、温度検出回路部として機能する。
昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子９０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側は、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側に接続され、それらを接続した中点とリアクトル７０の他端が接続される。
昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側は、平滑キャパシタ１１０の高電位側に接続される。
昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子９０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、平滑キャパシタ１１０の低電位側に接続される。
インバータ１９０は、Ｕ相の上アームのスイッチング素子１３０及び下アームのスイッチング素子１４０と、Ｖ相の上アームのスイッチング素子１５０及び下アームのスイッチング素子１６０と、Ｗ相の上アームのスイッチング素子１７０及び下アームのスイッチング素子１８０を有する。
インバータ１９０のＵ相の上アームのスイッチング素子１３０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ１９０のＵ相の下アームのスイッチング素子１４０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それらを接続した中点は、電流センサ２７０を介してモータジェネレータ３２０の３相巻線２９０のＵ相巻線に接続される。
インバータ１９０のＶ相の上アームのスイッチング素子１５０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ１９０のＶ相の下アームのスイッチング素子１６０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それらを接続した中点は、電流センサ２７０を介してモータジェネレータ３２０の３相巻線２９０のＶ相巻線に接続される。
インバータ１９０のＷ相の上アームのスイッチング素子１７０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ１９０のＷ相の下アームのスイッチング素子１８０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それらを接続した中点は、電流センサ２７０を介してモータジェネレータ３２０の３相巻線２９０のＷ相巻線に接続される。
インバータ１９０のＵＶＷ相の上アームのスイッチング素子１３０、１５０、１７０のＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側は、平滑キャパシタ１１０の高電位側に接続され、インバータ１９０のＵＶＷ相の下アームのスイッチング素子１４０、１６０、１８０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、平滑キャパシタ１１０の低電位側に接続される。
インバータ２６０は、インバータ２６０のＵ相の上下アームのスイッチング素子２００、２１０と、インバータ２６０のＶ相の上下アームのスイッチング素子２２０、２３０と、インバータ２６０のＷ相の上下アームのスイッチング素子２４０、２５０を有する。
インバータ２６０のＵ相の上アームのスイッチング素子２００を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ２６０のＵ相の下アームのスイッチング素子２１０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それらを接続した中点は、電流センサ２８０を介してモータジェネレータ３６０の３相巻線３３０のＵ相巻線に接続される。
インバータ２６０のＶ相の上アームのスイッチング素子２２０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ２６０のＶ相の下アームのスイッチング素子２３０を構成するＩＧＢＴ のコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それらを接続した中点は、電流センサ２８０を介してモータジェネレータ３６０の３相巻線３３０のＶ相巻線に接続される。
インバータ２６０のＷ相の上アームのスイッチング素子２４０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側は、インバータ２６０のＷ相の下アームのスイッチング素子２５０を構成するＩＧＢＴのコレクタ側とダイオードのカソード側に接続され、それ20 らを接続した中点は、電流センサ２８０を介してモータジェネレータ３６０の３相巻線３３０のＷ相巻線に接続される。
なお、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０と、インバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０と、インバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、ＭＯＳＦＥＴなどで構成してもよい。
制御装置５３０は、車両制御装置（不図示）から受信した昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊と、電流センサ６０で検出したリアクトル７０に流れる電流値ｉＬと、電圧センサ５０で検出したフィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎと、電圧センサ１２０で検出した平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓに基づいて、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０のスイッチングを制御する。
さらに制御装置５３０は、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３２０のトルク指令Ｔｒｑ１＊と角度検出器３１０で検出したモータジェネレータ３２０の回転子３００の磁極位置θ１に基づいて、インバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０とインバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のスイッチングを制御する。
ゲートドライブ回路５４０は、制御装置５３０に備えたスイッチング信号生成部４６０（図２参照）により生成したインバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０用のスイッチング信号Ｓｕｐ１、Ｓｕｎ１、Ｓｖｐ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｐ１、Ｓｗｎ１に基づいて、インバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０を構成するＩＧＢＴをオン、オフさせることができる電圧に変換し、変換した電圧をインバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０を構成するＩＧＢＴのゲートとエミッタ間に印加する。
さらにゲートドライブ回路５４０は、制御装置５３０に備えたスイッチング信号生成部４６０（図２参照）により生成したインバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０用のスイッチング信号Ｓｕｐ２、Ｓｕｎ２、Ｓｖｐ２、Ｓｖｎ２、Ｓｗｐ２、Ｓｗｎ２に基づいて、インバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を構成するＩＧＢＴをオン、オフさせることができる電圧に変換し、変換した電圧をインバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を構成するＩＧＢＴのゲートとエミッタ間に印加する。
さらに、ゲートドライブ回路５４０は、制御装置５３０に備えたスイッチング信号生成部４６０により生成した昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０用のスイッチング信号Ｓｂｐ、Ｓｂｎに基づいて、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０を構成するＩＧＢＴをオン、オフさせることができる電圧に変換し、変換した電圧をスイッチング素子８０、９０のゲートとエミッタ間に印加する。
図２は図１に記載した制御装置５３０の構成を説明する図である。
制御装置５３０は、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部４９０と、回転速度演算部５１０と、ｄｑ軸電流指令生成部５００と、インバータ１９０及びインバータ２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部４８０と、昇圧コンバータ１００のＰ−Ｑ間電圧指令生成部４４０と、キャリア生成部５２０と、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令生成部４７０と、昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０と、スイッチング信号生成部４６０とを有する。
ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部４９０は、電流センサ２７０で検出したモータジェネレータ３２０の３相巻線２９０に流れるＵＶＷ相電流値ｉｕｄ１、ｉｖｄ１、ｉｗｄ１と、角度検出器３１０で検出したモータジェネレータ３２０の回転子３００の磁極位置θ１に基づいて、モータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１を算出するとともに、電流センサ２８０で検出したモータジェネレータ３６０の３相巻線３３０に流れるＵＶＷ相電流値ｉｕｄ２、ｉｖｄ２、ｉｗｄ２と、角度検出器３１０で検出したモータジェネレータ３６０の回転子３４０の磁極位置θ２に基づいて、モータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２を算出する。算出されたモータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１とモータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２は、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部４８０と、キャリア生成部５２０に入力される。なお、角度検出器３１０、３５０は、レゾルバやエンコーダなどが用いられる。
回転速度演算部５１０は、角度検出器３１０で検出したモータジェネレータ３２０の回転子３００の磁極位置θ１に基づいて、モータジェネレータ３２０の回転子３００の回転速度ω１を算出するとともに、角度検出器３５０で検出したモータジェネレータ３６０の回転子３４０の磁極位置θ２に基づいて、モータジェネレータ３６０の回転子３４０の回転速度ω２を算出する。回転速度ω１と回転速度ω２は、ｄｑ軸電流指令生成部５００に入力される。
ｄｑ軸電流指令生成部５００は、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３２０のトルク指令Ｔｒｑ１＊と、回転速度演算部５１０で算出した回転速度ω１に基づいて、モータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流指令値ｉｄ１＊、ｉｑ１＊を生成するとともに、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３６０のトルク指令Ｔｒｑ２＊と、回転速度演算部５１０で算出した回転速度ω２に基づいて、モータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流指令値ｉｄ２＊、ｉｑ２＊を生成する。生成されたｄｑ軸電流指令値ｉｄ１＊、ｉｑ１＊と、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ２＊、ｉｑ２＊は、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部４８０に入力される。
インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部４８０は、回転子３００の磁極位置θ１と、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部４９０で算出したｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１と、ｄｑ軸電流指令生成部５００で生成したｄｑ軸電流指令値ｉｄ１＊、ｉｑ１＊に基づいて、モータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１が、モータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流指令値ｉｄ１＊、ｉｑ１＊に一致するように、インバータ１９０のＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ１＊、ｖｖ１＊、ｖｗ１＊を生成する。
さらに、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部４８０は、回転子３４０の磁極位置θ２と、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部４９０で算出したｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２と、ｄｑ軸電流指令生成部５００で生成したｄｑ軸電流指令値ｉｄ２＊、ｉｑ２＊に基づいて、モータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２が、モータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流指令値ｉｄ２＊、ｉｑ２＊に一致するように、インバータ２６０のＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ２＊、ｖｖ２＊、ｖｗ２＊を生成する。
生成されたインバータ１９０のＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ１＊、ｖｖ１＊、ｖｗ１＊と、インバータ２６０のＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ２＊、ｖｖ２＊、ｖｗ２＊は、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令生成部４７０に入力される。
昇圧コンバータ１００のＰ−Ｑ間電圧指令生成部４４０は、車両制御装置（不図示）から受信した昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊と、電流センサ６０で検出したリアクトル７０に流れる電流値ｉＬと、電圧センサ５０で検出したフィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎと、電圧センサ１２０で検出した平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓに基づいて、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓが、昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊に一致するように、リアクトル７０の他端と昇圧コンバータ１００の上下アームのスイッチング素子８０、９０を接続したＰ点（図１参照）と、バッテリ１の低電位側と昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子９０を構成するＩＧＢＴのエミッタ側とダイオードのアノード側が接続されたＱ点（図１参照）の間に印加する電圧の指令値ｖｐｑ＊（以下、Ｐ−Ｑ間電圧指令値ｖｐｑ＊）を生成する。生成されたＰ−Ｑ間電圧指令値ｖｐｑ＊は、昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０に入力される。
キャリア生成部５２０は、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓと、リアクトル７０に流れる電流値ｉＬと、ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部４９０で算出したモータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１とモータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２に基づいて、昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１と昇圧コンバータ１００用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１と、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２とインバータ１９０、２６０用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２を生成する。
三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１は、昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０と、スイッチング信号生成部４６０に入力される。また、生成されたインバータ１９０、２６０用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２は、インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令生成部４７０と、スイッチング信号生成部４６０に入力され、生成された昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１とインバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２は、スイッチング信号生成部４６０に入力される。
ＵＶＷ相デューティ指令生成部４７０は、ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ１＊、ｖｖ１＊、ｖｗ１＊と、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓと、三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２に基づいて、インバータ１９０のＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ１＊、Ｄｖ１＊、Ｄｗ１＊を生成する。さらに、ＵＶＷ相デューティ指令生成部４７０は、ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ２＊、ｖｖ２＊、ｖｗ２＊と、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓと、三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２に基づいて、インバータ２６０のＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ２＊、Ｄｖ２＊、Ｄｗ２＊を生成する。生成されたインバータ１９０のＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ１＊、Ｄｖ１＊、Ｄｗ１＊と、インバータ２６０のＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ２＊、Ｄｖ２＊、Ｄｗ２＊は、スイッチング信号生成部４６０に入力される。
昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０は、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓと、Ｐ−Ｑ間電圧指令値ｖｐｑ＊と、三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１に基づいて、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊を生成する。生成された昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、スイッチング信号生成部４６０に入力される。
スイッチング信号生成部４６０は、ＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ１＊、Ｄｖ１＊、Ｄｗ１＊と、インバータ１９０、２６０用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２とインバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２と、昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１に基づいて、Ｕ相の上アームのスイッチング素子１３０用のスイッチング信号Ｓｕｐ１と、Ｕ相の下アームのスイッチング素子１４０用のスイッチング信号Ｓｕｎ１と、Ｖ相の上アームのスイッチング素子１５０用のスイッチング信号Ｓｖｐ１と、下アームのスイッチング素子１６０用のスイッチング信号Ｓｖｎ１と、Ｗ相の上アームのスイッチング素子１７０用のスイッチング信号Ｓｗｐ１と、Ｗ相の下アームのスイッチング素子１８０用のスイッチング信号Ｓｗｎ１を生成する。
さらに、スイッチング信号生成部４６０は、ＵＶＷ相デューティ指令値Ｄｕ２＊、Ｄｖ２＊、Ｄｗ２＊と、インバータ１９０、２６０用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２とインバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２と、昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１に基づいて、Ｕ相の上アームのスイッチング素子２００用のスイッチング信号Ｓｕｐ２と、Ｕ相の下アームのスイッチング素子２１０用のスイッチング信号Ｓｕｎ２と、Ｖ相の上アームのスイッチング素子２２０用のスイッチング信号Ｓｖｐ２と、Ｖ相の下アームのスイッチング素子２３０用のスイッチング信号Ｓｖｎ２と、Ｗ相の上アームのスイッチング素子２４０用のスイッチング信号Ｓｗｐ２と、Ｗ相の下アームのスイッチング素子２５０用のスイッチング信号Ｓｗｎ２を生成する。
さらに、スイッチング信号生成部４６０は、昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０で生成した昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊と、昇圧コンバータ１００用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１と昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１と、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２に基づいて、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０用のスイッチング信号Ｓｂｐと、昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子９０用のスイッチング信号Ｓｂｎを生成する。
生成されたインバータ１９０のスイッチング素子１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０用のスイッチング信号Ｓｕｐ１、Ｓｕｎ１、Ｓｖｐ１、Ｓｖｎ１、Ｓｗｐ１、Ｓｗｎ１と、インバータ２６０のスイッチング素子２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０用のスイッチング信号Ｓｕｐ２、Ｓｕｎ２、Ｓｖｐ２、Ｓｖｎ２、Ｓｗｐ２、Ｓｗｎ２と、昇圧コンバータ１００のスイッチング素子８０、９０のスイッチング信号Ｓｂｐ、Ｓｂｎは、ゲートドライブ回路５４０に入力される。
このように、電力変換システムを構成することにより、モータジェネレータ３２０のトルクを車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３２０のトルク指令Ｔｒｑ１＊に一致するように制御することができる。さらに、モータジェネレータ３６０のトルクをモータジェネレータ３６０のトルク指令Ｔｒｑ２＊に一致するように制御することができる。さらに、昇圧コンバータ１００の出力電圧ｖｃｓ（平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓ）を昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊に一致するように制御することができる。
図３は制御装置５３０の起動から停止までの流れを説明するフロー図である。
ステップA１０において、制御装置５３０が起動しステップA２０に遷移する。
ステップA２０において、システムリレー２が閉状態にされる。これによりバッテリ１と昇圧コンバータ１００が接続され、フィルタキャパシタ４０に電圧が印加される。この時、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０はON状態、下アームのスイッチング素子９０はOFF状態に設定されているので、平滑キャパシタ１１０にもバッテリ１の電圧が印加される。フィルタキャパシタ４０及び平滑キャパシタ１１０の電圧がバッテリ１の電圧と略同じとなり、モータジェネレータ３２０とモータジェネレータ３６０を制御する準備が完了した判断するとステップA３０に遷移する。
ステップA３０において、昇圧コンバータ１００の昇圧動作とモータジェネレータ３２０とモータジェネレータ３６０の駆動制御が制御装置５３０において実施され、ステップA４０に遷移する。
ステップA４０において、システムからの停止要求判定が実施される。外部ECUのイグニッションOFF信号など制御装置５３０への停止要求が確認されるとステップA５０に遷移する。制御装置５３０への停止要求がない場合はステップA３０に再度遷移して昇圧コンバータ１００とモータジェネレータ３２０とモータジェネレータ３６０の制御を継続する。
ステップA５０において、インバータ１９０及びインバータ２６０のスイッチングを停止する。
ステップA６０において、システムリレー２を開状態としバッテリ１と昇圧コンバータ１００を電気的に遮断し、ステップA６０に遷移する。
ステップA７０において、フィルタキャパシタ４０と平滑キャパシタ１１０に残っている電荷を放電するため放電処理を実施し、ステップA７０に遷移する。放電処理は昇圧コンバータ１００のスイッチング動作によって実現される。昇圧コンバータ１００のDuty比指令生成部４５０において放電制御モードが選択され、あらかじめ設定されたデューティ比Ddischg*を選択して出力する。出力されたデューティ比Ddischg*に基づきスイッチング動作を行い、平滑キャパシタ１１０の残電荷を消費する。
ステップA８０において、放電処理の完了判定が実施される。放電処理によりフィルタキャパシタ４０と平滑キャパシタ１１０の電圧が所定値を下回った場合、放電処理の完了が確認されステップA８０に移行する。フィルタキャパシタ４０と平滑キャパシタ１１０の電圧が所定値を超えない場合はステップA６０に再度遷移して放電処理を継続する。
ステップA９０において、昇圧コンバータ１００のスイッチングを停止して、ステップA９０に遷移する。ステップA１００において、制御装置５３０は停止する。
図４は図３に示した制御装置５３０の起動から停止までの処理を実行した場合の、システムリレー２のオンオフ信号と昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊と平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓとフィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎの波形の時間推移を示している。
期間Ｅ１において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA１０の処理を実施しており、システム起動要求の待ち状態にある。この時、システム起動要求信号は、オフ状態にある。また、この時、システムリレー２は、オフ状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に遮断された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
また期間Ｅ１において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、1に設定されているので、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０はON状態、下アームのスイッチング素子９０はOFF状態に設定されており、昇圧コンバータ１００とインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に接続された状態にある 。
また期間Ｅ１において、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、バッテリ１と昇圧コンバータ１００が電気的に遮断されているので、０である。この時、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、バッテリ１と昇圧コンバータ１００が電気的に遮断されているので、０である。
時刻T1において、制御装置５３０はシステム起動要求信号、例えば外部ECUからのイグニッションON信号を受信し図３に記載したフローチャートのステップA２０の処理に遷移する。
期間Ｅ２において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA２０を実行中であり、システムリレー２にオン信号を発信している。この時、システム起動要求信号は、オン状態にある。また、この時、システムリレー２は、オフ状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に遮断された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
また期間Ｅ２において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、０に設定されており期間E1から状態は変化しない。この時、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、０であり期間E1から状態は変化しない。この時、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、０であり期間E1から状態は変化しない。
時刻T２において、システムリレー２がオン信号を受信してオン状態となる。
期間Ｅ３において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA２０を実行中である。この時、システム起動要求信号は、オン状態にある。また、この時、システムリレー２は、オン状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に接続された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
また期間Ｅ３において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、期間E２の状態から変化していない。この時、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に接続されているので、バッテリ１の電圧が印加される。これにより、フィルタキャパシタ４０に電荷が蓄積され電圧値ｖｃｉｎは０から上昇している。
また期間Ｅ３において、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、バッテリ１と昇圧コンバータ１００及びインバータ１９０とインバータ２６０は電気的に接続されているので、バッテリ１の電圧が印加される。これにより、平滑キャパシタ１１０に電荷が蓄積され電圧値ｖｃｓは０から上昇している。
時刻T３において、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓ及びフィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎがバッテリ１の電圧と略同じとなり、制御装置５３０はモータジェネレータ３２０とモータジェネレータ３６０を制御する準備が完了した判断しステップA３０に遷移する。
期間Ｅ４において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA３０及びA４０を順次繰り返し実行中であり、ステップＡ３０において昇圧コンバータ１００及びモータジェネレータ３２０及びモータジェネレータ３６０が制御を実行し、ステップＡ４０においてシステム停止要求の有無を監視している。この時、システム起動要求信号は、オン状態にある。またこの時、システムリレー２は、オン状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に接続された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、車両制御装置（不図示）から受信したモータジェネレータ３２０のトルク指令Ｔｒｑ１＊と、モータジェネレータ３６０のトルク指令Ｔｒｑ２＊に基づきスイッチング動作を行う。
また期間Ｅ４において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓが、昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊に一致するように、昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０において生成されたデューティ比が出力される。この時デューティ指令値Ｄｂ＊は昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊の変動に応じ変動する。この時、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、バッテリ１に接続されているのでバッテリ１の電圧と略同じである。そして、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊に応じた昇圧動作により昇圧コンバータ１００の出力電圧指令ｖｃｓ＊に一致するように変化している。
時刻T４において、制御装置５３０はシステム起動要求信号、例えば外部ECUからのイグニッションOFF信号を受信し図３に記載したフローチャートのステップA５０の処理に遷移し、インバータ１９０及びインバータ２６０のスイッチングを停止する。
期間Ｅ５において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA５０及びＡ６０を実行中である。ステップＡ５０においてインバータ１９０及びインバータ２６０のスイッチングを停止後ステップＡ６０に遷移しシステムリレー２にオフ信号を発信している。この時、システム起動要求信号は、オフ状態にある。また、この時、システムリレー２は、オン状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に接続された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
また期間Ｅ５において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、時刻T4において出力したデューティ比を保持している。この時、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊が時刻T4において出力したデューティ比を保持しているので、同様に時刻T4において出力したキャパシタ電圧を保持している。この時、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊が時刻T4において出力したデューティ比を保持しているので、同様に時刻T4において出力したキャパシタ電圧を保持している。
このような状態で昇圧コンバータ１００のスイッチング動作を行う事により、フィルタキャパシタ４０と平滑キャパシタ１１０間で電荷の移動が発生する。電荷が移動する際、リアクトル７０と昇圧コンバータの上アームのスイッチング素子８０と下アームのスイッチング素子９０を通過するので、スイッチング素子及びリアクトルが持つ抵抗により電荷が消費され、放電動作を行うことが出来る。
これにより、昇圧コンバータ１００とインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されているので放電動作によるモータの誤作動を防止することができる。
時刻T５において、システムリレー２がオフ信号を受信してオフ状態となり、図３に記載したフローチャートのステップA６０の処理に遷移する。
期間Ｅ６において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA６０及びA７０を順次実行中であり、ステップA６０において昇圧コンバータ１００のDuty比指令生成部４５０において放電制御モードが選択され、あらかじめ設定されたデューティ比Ddischg*を選択して出力する。出力されたデューティ比Ddischg*に基づきスイッチング動作を行い、平滑キャパシタ１１０の残電荷を消費する。さらにステップＡ７０において放電処理の完了判定が実施される。この時、システム起動要求信号は、オフ状態にある。また、この時、システムリレー２は、オフ状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に遮断された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
この時、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、デューティ比Ddischg*を保持している。
また期間Ｅ６において、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊がデューティ比Ddischg*を出力しているので平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓとの比率を一定に保ったまま電圧値が降下していく。この時、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊がデューティ比Ddischg*を出力しているのでフィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎとの比率を一定に保ったまま電圧値が降下していく。
時刻T６において、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎ及び平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓが所定値を下回り、制御装置５３０はステップA７０において放電処理が終了したと判断し、図３に記載したフローチャートのステップA８０の処理に遷移して昇圧コンバータ１００のスイッチングを停止後ステップA９０に遷移する。
期間Ｅ７において、制御装置５３０は図３に記載したフローチャートのステップA９０の状態にあり、制御装置５３０は停止している。この時、システム起動要求信号は、オフ状態にある。また、この時、システムリレー２は、オフ状態にあり、バッテリ１と昇圧コンバータ１００は電気的に遮断された状態にある。また、この時、インバータ１９０及びインバータ２６０は、スイッチングを停止しているので昇圧コンバータとインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に遮断されている。
また期間Ｅ７において、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ＊は、１でありスイッチングを停止している。昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０はON状態、下アームのスイッチング素子９０はOFF状態に設定されており、昇圧コンバータ１００とインバータ１９０及びインバータ２６０は電気的に接続された状態にある。この時、フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値ｖｃｉｎは、略０もしくは図３に記載したフローチャートのステップA７０で設定した放電処理終了判定に用いた電圧所定値以下の値であり、フィルタキャパシタ４０の残電荷は放電抵抗１１５を通じて消費される。この時、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓは、略０もしくは図３に記載したフローチャートのステップA７０で設定した放電処理終了判定に用いた電圧所定値以下の値であり、平滑キャパシタ１１０の残電荷は放電抵抗１１５を通じて消費される。
図５は本実施例の第１の実施形態にかかるキャリア生成部５２０の構成を説明する図である。
キャリア生成部５２０は、昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数設定部５９０と、昇圧コンバータ１００用のキャリア生成部５８０と、相電流最大値演算部５５０と、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数設定部５６０と、インバータ１９０、２６０用のキャリア生成部５７０を有する。
キャリア周波数設定部５９０は、あらかじめ記憶しておいた昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１の値を出力する。出力された昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１の値は、昇圧コンバータ１００用のキャリア生成部５８０と前記スイッチング信号生成部４６０に入力される。
キャリア生成部５８０は、キャリア周波数設定部５９０から入力されたキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１に基づいて、三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１を生成する。生成された三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１は、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数設定部５６０と、インバータ１９０、２６０用のキャリア生成部５７０とスイッチング信号生成部４６０と昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部４５０に入力される。
相電流最大値演算部５５０は、モータジェネレータ３２０のｄｑ軸電流値ｉｄ１、ｉｑ１を用いて、モータジェネレータ３２０の相電流の最大値ｉｐｈｍａｘ１を算出する。さらにモータジェネレータ３６０のｄｑ軸電流値ｉｄ２、ｉｑ２を用いて、モータジェネレータ３６０の相電流の最大値ｉｐｈｍａｘ２を算出する。
キャリア周波数設定部５６０は、リアクトル７０に流れる電流値ｉＬと、平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓと、昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数設定部５９０で設定した昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ１と、昇圧コンバータ１００用のキャリア生成部５８０で生成した昇圧コンバータ１００用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１と、相電流最大値演算部５５０で算出したモータジェネレータ３２０の相電流の最大値ｉｐｈｍａｘ１とモータジェネレータ３６０の相電流の最大値ｉｐｈｍａｘ２に基づいて、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２を設定する。
キャリア生成部５７０は、インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数設定部５６０で設定したインバータ１９０、２６０用のキャリア周波数ｆｃａｒｒｉｅｒ２と、昇圧コンバータ１００用のキャリア生成部５８０で生成した昇圧コンバータ１００用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１に基づいて、インバータ１９０、２６０用の三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２を生成する。
図６は本発明の第１の実施形態にかかる昇圧コンバータ１００のキャリア周波数設定部５９０の処理手順を説明する図である。
ステップB１０において、システムからの停止要求判定が実施される。外部ECUのイグニッションOFF信号など制御装置５３０への停止要求が確認されるとステップＢ３０に遷移する。制御装置５３０への停止要求がない場合はステップB２０に遷移する。
ステップB２０において、あらかじめ記憶しておいた第一制御モード用キャリア周波数fcarrier１−１を取得し、Ｂ４０へ遷移する。
ステップB３０において、あらかじめ記憶しておいた放電制御モード用キャリア周波数fcarrier１−２を取得し、Ｂ４０へ遷移する。
ステップB４０において、ステップＢ２０またはＢ３０で選択したキャリア周波数をfcarrier１として出力し、出力されたfcarrier１は昇圧コンバータ１００用キャリア生成部へと入力される。この時、放電制御モード用キャリア周波数fcarrier１−２が第一制御モード用キャリア周波数fcarrier１−１より小さい値をとることが望ましい。
これにより、固定Dutyで制御し、通常の動作時より放電制御時のキャリア周波数を小さく設定することが出来、更に放電速度を速めることが出来る。
図７は本発明の第１の実施形態にかかる昇圧コンバータ１００のDuty指令生成部４５０の処理手順を説明する図である。
ステップＣ１０において、システムからの停止要求判定が実施される。外部ECUのイグニッションOFF信号など制御装置５３０への停止要求が確認されるとステップC３０に遷移し放電動作モードでの動作を実施する。制御装置５３０への停止要求がない場合はステップC２０に遷移し第一制御モードでの動作を実施する。
ステップＣ２０において、第一制御モードでの動作が実施される。取得した昇圧コンバータ１００のＰ−Ｑ間電圧指令値ｖｐｑ＊と平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値ｖｃｓを以下の式に代入し、昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ*を算出した後、ステップC１０へ再び遷移する。
ステップＣ３０において、サーミスタ７１により取得したリアクトルのサーミスタ温度TLがあらかじめ記憶しておいた所定値αを超えているか否かの判定が実施される。サーミスタ温度TLが所定値αを上回っている場合はステップC４０へ遷移し、所定値αを下回っている場合はステップC５０へ遷移する。
ステップＣ４０において、あらかじめ記憶しておいた放電動作モードにおける固定Duty比Ddischgを昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ*として出力した後、ステップC１０へ再び遷移する。
ステップＣ５０において、固定Duty比１を昇圧コンバータ１００のデューティ指令値Ｄｂ*として出力した後、ステップC６０へ遷移する。
ステップＣ６０において、サーミスタ７１により取得したリアクトルのサーミスタ温度TLがあらかじめ記憶しておいた所定値βを超えているか否かの判定が実施される。サーミスタ温度TLが所定値βを上回っている場合はステップC５０へと再び遷移し、所定値βを下回っている場合はステップC１０へ再び遷移する。
これにより、ステップC４０において放電動作モード実行中であってもサーミスタ温度TLが所定値αを上回っている場合は、ステップC５０における放電動作禁止処理が実行され、リアクトル温度がそれ以上上昇することを防止しリアクトルを保護することが出来る。
ここで所定値αはリアクトルの温度特性に応じてリアクトルが運転可能な上限温度を超えない範囲で選択する事が好ましい。
また、ステップC５０において放電制御モードでのスイッチング動作停止手段としてデューティ指令値１を与えており、昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子８０はON状態、下アームのスイッチング素子９０はOFF状態に設定されるが、スイッチング素子８０及び９０を同時にOFFすることでスイッチング動作停止手段としても良い。
また、ステップC５０において放電動作禁止処理が実行中であっても、サーミスタ温度TLが所定値βを下回っている場合は、ステップC４０における放電動作モードでの処理が再度実行されるため、リアクトルを保護しつつ放電動作を完遂する事が出来る。
ここで、所定値βは所定値αより小さい値を設定する事が望ましい。
またステップC２０において第一制御モードで動作によりリアクトルのコイル温度が上昇した状態で、ステップC10においてシステムからの停止要求判定が実施された場合でも、ステップC３０においてサーミスタ温度TLが所定値αを上回っている場合は、ステップC５０における放電動作禁止処理が実行され、リアクトル温度がそれ以上上昇することを防止しリアクトルを保護することが出来る。
図８は昇圧コンバータ駆動時のリアクトル７０のコイル及びコアの温度特性を示したものである。
昇圧コンバータ１００の入力電圧Vinと出力電圧Voutの比率に応じてDuty制御を行った場合のリアクトルのコイル及びコア温度の時間変化を示している。図３によれば、リアクトルの温度変化はVin/Vout=0.5、つまり出力電圧が入力電圧の２倍となる時の温度上昇度合いが最も高くなる。
温度上昇度合いが高いという事は、即ちリアクトル７０に電流が流れることによる損失が大きいという事を意味しており、Vin/Vout=0.5の場合にリアクトルの損失が最大となる。この理由については以下のように説明できる。
式(１)に交流銅損を示す。交流銅損はリアクトル電流リプルの実効値の2乗に比例する。ゆえにキャリア周波数が低いほど、交流銅損が大きくなりコイル温度が高くなる。
Figure 2015068533
Pcoil_ac [W]：交流銅損、ILRipple [Arms]：リアクトル電流リプル（実効値）、Rac [Ω]：交流抵抗
式(２)にリアクトル電流リプルを示す。
Figure 2015068533
ILRipple [Ap-p]：リアクトル電流リプル（ピークピーク値）、V L[V]：リアクトルへの印加電圧、L[H]：リアクトルのインダクタンス、Time[s]：電圧の印加時間、fc[Hz]：キャリア周波数、Vin[V]：入力電圧、Vout[V]：出力電圧
ここで昇圧コンバータの下アームのスイッチがONのとき、VL＝Vinとすると、式（２）は式（３）となる。
Figure 2015068533
ILRippleが最大値をとるのは式（４）が0のとき、すなわち式（５）が成り立つときである。
Figure 2015068533

Figure 2015068533
式（５）より入力電圧に対して出力電圧が2倍になるとき、リアクトル電流リプルは最大となる。式（１）よりコイルの交流銅損はリアクトル電流リプルの実効値に比例するので、出力電圧が入力電圧の２倍となるとき、他の電圧条件のときよりも交流銅損は大きくなり、コイル温度も大きくなる。コア温度に関しても、リアクトル電流リプルが最大となるVin/Vout=0.5のとき鉄損が大きくなり、他の入力電圧に比べコア温度が高くなる。
これにより、放電動作時に損失が最大となるような所定のデューティ比を選択するように制御モードを切り替えることで昇圧コンバータ１００の放電動作におけるキャパシタの放電を速めることができる。
１ バッテリ
１０ シャーシグラウンド
２０ Ｙキャパシタ
３０ Ｙキャパシタ
４０ フィルタキャパシタ
１１０ 平滑キャパシタ
７０ リアクトル
５０ 電圧センサ
１２０ 電圧センサ
６０ 電流センサ
２７０ 電流センサ
２８０ 電流センサ
３１０ 角度検出器
３５０ 角度検出器
１００ 昇圧コンバータ
８０ 昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング素子
９０ 昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング素子
４４０ 昇圧コンバータ１００のＰ−Ｑ間電圧指令生成部
４５０ 昇圧コンバータ１００のデューティ指令生成部
５８０ 昇圧コンバータ１００用のキャリア生成部
５９０ 昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数設定部
６２０ 昇圧コンバータ１００のデューティ指令演算部
６３０ 昇圧コンバータ１００のデューティ指令更新部
６５０ 昇圧コンバータ１００用の比較部
６７０ 昇圧コンバータ１００用のスイッチング切替禁止処理部
１９０ インバータ
２６０ インバータ
１３０ インバータ１９０のＵ相上アームのスイッチング素子
１４０ インバータ１９０のＵ相下アームのスイッチング素子
１５０ インバータ１９０のＶ相上アームのスイッチング素子
１６０ インバータ１９０のＶ相下アームのスイッチング素子
１７０ インバータ１９０のＷ相上アームのスイッチング素子
１８０ インバータ１９０のＷ相下アームのスイッチング素子
２００ インバータ２６０のＵ相上アームのスイッチング素子
２１０ インバータ２６０のＵ相下アームのスイッチング素子
２２０ インバータ２６０のＶ相上アームのスイッチング素子
２３０ インバータ２６０のＶ相下アームのスイッチング素子
２４０ インバータ２６０のＷ相上アームのスイッチング素子
２５０ インバータ２６０のＷ相下アームのスイッチング素子
４７０ インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令生成部
４８０ インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相電圧指令生成部
５６０ インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数設定部
５７０ インバータ１９０、２６０用のキャリア生成部
６００ インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令演算部
６１０ インバータ１９０、２６０のＵＶＷ相デューティ指令更新部
６４０ インバータ１９０、２６０用の比較部
６６０ インバータ１９０、２６０用のスイッチング切替禁止処理部
２９０ モータジェネレータ３２０の固定子に巻かれた３相巻線
３３０ モータジェネレータ３６０の固定子に巻かれた３相巻線
３００ モータジェネレータ３２０の回転子
３４０ モータジェネレータ３６０の回転子
３２０ モータジェネレータ
３６０ モータジェネレータ
３７０ モータジェネレータ３２０のモータジェネレータ軸
３７５ モータジェネレータ３６０のモータジェネレータ軸
４６０ スイッチング信号生成部
５００ ｄｑ軸電流指令生成部
５２０ キャリア生成部
４９０ ＵＶＷ相／ｄｑ軸変換部
５１０ 回転速度演算部
５３０ 制御装置
５４０ ゲートドライブ回路
５５０ 相電流最大値演算部
４３０ 車両の駆動輪
３８５ エンジン
３９０ クランクシャフト
４００ プロペラシャフト
４２０ ドライブシャフト
３８０ トランスミッション
４１０ ディファレンシャルギア
ｉＬ リアクトル７０に流れる電流値
θ１ モータジェネレータ３２０の回転子３００の磁極位置
θ２ モータジェネレータ３６０の回転子３４０の磁極位置
ω１ モータジェネレータ３２０の回転子３００の回転速度
ω２ モータジェネレータ３６０の回転子３４０の回転速度
ｖｃｓ 平滑キャパシタ１１０の両端の電圧値
Ｄｂ＊ 昇圧コンバータ１００のデューティ指令値
Ｓｂｐ 昇圧コンバータ１００の上アームのスイッチング信号
Ｓｂｎ 昇圧コンバータ１００の下アームのスイッチング信号
ｉｄ１ モータジェネレータ３２０のｄ軸電流値
ｉｑ１ モータジェネレータ３２０のｑ軸電流値
ｉｄ２ モータジェネレータ３６０のｄ軸電流値
ｉｑ２ モータジェネレータ３６０のｑ軸電流値
ｖｃｉｎ フィルタキャパシタ４０の両端の電圧値
Ｓｕｐ１ インバータ１９０のＵ相上アームのスイッチング信号
Ｓｕｎ１ インバータ１９０のＵ相下アームのスイッチング信号
Ｓｖｐ１ インバータ１９０のＶ相上アームのスイッチング信号
Ｓｖｎ１ インバータ１９０のＶ相下アームのスイッチング信号
Ｓｗｐ１ インバータ１９０のＷ相上アームのスイッチング信号
Ｓｗｎ１ インバータ１９０のＷ相下アームのスイッチング信号
Ｓｕｐ２ インバータ２６０のＵ相上アームのスイッチング信号
Ｓｕｎ２ インバータ２６０のＵ相下アームのスイッチング信号
Ｓｖｐ２ インバータ２６０のＶ相上アームのスイッチング信号
Ｓｖｎ２ インバータ２６０のＶ相下アームのスイッチング信号
Ｓｗｐ２ インバータ２６０のＷ相上アームのスイッチング信号
Ｓｗｎ２ インバータ２６０のＷ相下アームのスイッチング信号
ｉｕｄ１ モータジェネレータ３２０のＵ相巻線に流れる電流値
ｉｖｄ１ モータジェネレータ３２０のＶ相巻線に流れる電流値
ｉｗｄ１ モータジェネレータ３２０のＷ相巻線に流れる電流値
ｉｕｄ２ モータジェネレータ３６０のＵ相巻線に流れる電流値
ｉｖｄ２ モータジェネレータ３６０のＶ相巻線に流れる電流値
ｉｗｄ２ モータジェネレータ３６０のＷ相巻線に流れる電流値
ｉｄ１＊ モータジェネレータ３２０のｄ軸電流指令値
ｉｑ１＊ モータジェネレータ３２０のｑ軸電流指令値
ｉｄ２＊ モータジェネレータ３６０のｄ軸電流指令値
ｉｑ２＊ モータジェネレータ３６０のｑ軸電流指令値
ｖｃｓ＊ 昇圧コンバータ１００の出力電圧指令
ｖｐｑ＊ Ｐ−Ｑ間電圧指令値
ｖｕ１＊ インバータ１９０のＵ相電圧指令値
ｖｖ１＊ インバータ１９０のＶ相電圧指令値
ｖｗ１＊ インバータ１９０のＷ相電圧指令値
ｖｕ２＊ インバータ２６０のＵ相電圧指令値
ｖｖ２＊ インバータ２６０のＶ相電圧指令値
ｖｗ２＊ インバータ２６０のＷ相電圧指令値
Ｄｕ１＊ インバータ１９０のＵ相デューティ指令値
Ｄｖ１＊ インバータ１９０のＶ相デューティ指令値
Ｄｗ１＊ インバータ１９０のＷ相デューティ指令値
Ｄｕ２＊ インバータ２６０のＵ相デューティ指令値
Ｄｖ２＊ インバータ２６０のＶ相デューティ指令値
Ｄｗ２＊ インバータ２６０のＷ相デューティ指令値
ｃａｒｒｉｅｒ１ 昇圧コンバータ１００用の三角波キャリア
ｃａｒｒｉｅｒ２ インバータ１９０、２６０用の三角波キャリア
ｆｃａｒｒｉｅｒ１ 昇圧コンバータ１００用のキャリア周波数
ｆｃａｒｒｉｅｒ２ インバータ１９０、２６０用のキャリア周波数
Ｔｃａｒｒｉｅｒ１ 三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ１の周期
Ｔｃａｒｒｉｅｒ２ 三角波キャリアｃａｒｒｉｅｒ２の周期

Claims (7)

  1. 直流電流を交流電流に変換するインバータ回路部と、
    前記インバータ回路部に印加する電圧を昇圧する昇圧回路部と、
    前記インバータ回路部と前記昇圧回路部に電気的に並列に接続される平滑用コンデンサと、
    前記昇圧回路部を制御する昇圧回路制御部と、を備え、
    前記昇圧回路部は、第１スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子に電気的に直列に接続された第２スイッチング素子と、当該第１スイッチング素子及び当該第２スイッチング素子のスイッチング動作により通電電流が制御されるリアクトルと、を有し、
    前記昇圧回路制御部は、
    デューティ指令値を変化させて前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、前記昇圧回路部から昇圧された電圧を出力する第１制御モードと、
    前記デューティ指令値を所定値に固定して前記平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を前記リアクトルに放電する放電制御モードと、を有する電力変換装置。
  2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
    前記放電制御モードは、前記昇圧回路部の入力電圧と当該昇圧回路部の出力電圧の比率が略1/2となるような固定デューティを出力することを特徴とする、電力変換装置。
  3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置であって、
    前記昇圧回路部に直流電圧を供給する電源装置と、
    前記昇圧回路部と前記電源装置に電気的に並列に接続される第２平滑用コンデンサと、を備え、
    前記放電制御モードは、前記デューティ指令値を所定値に固定して前記平滑用コンデンサ及び前記第２平滑用コンデンサに蓄えられた電荷を前記リアクトルに放電する電力変換装置。
  4. 請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記昇圧回路制御部の前記第１制御モードは、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を制御する第１キャリア周波数において制御され、
    前記昇圧回路制御部の前記放電制御モードは、前記第１スイッチング素子及び第二スイッチング素子を制御する第２キャリア周波数において制御され、
    前記第１キャリア周波数は、前記第２キャリア周波数を小さい電力変換装置。
  5. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記リアクトルのコイル温度を検出する温度検出回路部を備え、
    前記昇圧回路制御部は、前記温度検出回路部により検出されたリアクトルのコイル温度が所定値を超えている場合、前記放電制御モードでのスイッチング動作を停止する放電動作を禁止する電力変換装置。
  6. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
    前記昇圧回路制御部は、前記放電制御モードでの放電動作を禁止している時に、前記温度検出回路部により検出されたリアクトルのコイル温度が所定値を下回っている場合は、放電制御モードでのスイッチング動作を再度許可する電力変換装置。
  7. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記リアクトルのコイル温度を検出する温度検出回路部を備え、
    前記昇圧回路制御部は、前記第１制御モード動作時に、前記温度検出手段により検出されたリアクトルのコイル温度が所定値を超えた状態で、放電制御モードを選択する場合、所定時間の間、スイッチング動作を禁止する電力変換装置。
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