WO2007138935A1

WO2007138935A1 - 電源装置およびその制御方法

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Publication number: WO2007138935A1
Application number: PCT/JP2007/060458
Authority: WO
Inventors: Masaki Okamura; Kiyotaka Matsubara; Shungo Tamura; Hiroki Ohtani; Hideo Nakai
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2007-12-06
Also published as: AU2007268800C1; JP2007325435A; EP2023471A4; EP2023471A1; AU2007268800B2; US20090302818A1; US8169199B2; KR20090007617A; AU2007268800A1; JP4861750B2; CN101454964B; CN101454964A; KR101031068B1

Abstract

スイッチング素子Ｔｒ１（上アーム）をオンからオフした直後にスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２を共にオフとするデッドタイム中にコイル３２に流れる電流（リアクトル電流）が値０で停滞する現象がスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態に至ったと判定して平滑コンデンサ４２側の電圧指令を所定電圧だけ下方修正する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態のときに予期せずに平滑コンデンサ４２側の電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができ、平滑コンデンサ４２が過剰電圧によって破損したりモータＭＧ１，ＭＧ２から過剰なトルクが出力されるのを抑制することができる。

Description

明細書

電源装置およびその制御方法

技術分野

[0001] 本発明は、電源装置およびその制御方法に関し、詳しくは、電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置およびその制御方法に関する。

背景技術

[0002] 従来、この種の電源装置としては、二つのトランジスタとリアタトルからなるコンパ一タにより直流電源からの電力を昇圧して電気機器に供給する際に、電気機器に供給する電圧指令が直流電源の電圧に近いときには、コンバータの二つのトランジスタのうちの上アームのオンデューティーを 1. 0にするものが提案されている（例えば、特許文献 1参照)。この装置では、電気機器に供給する電圧指令が直流電源の電圧に近いときに上アームのオンデューティーを 1. 0とすることにより、二つのトランジスタが同時にオンとなることを防止するためのデッドタイムを確保する必要力上アームのオンデューティーを確保することができないことにより生じる出力電圧の振動を抑制している。

特許文献 1：特開 2005— 51895号公報

発明の開示

[0003] 上述の電源装置のように直流電源の電圧をコンバータにより昇圧して電気機器などに供給する装置では、直流電源からの電流の向きが変化するときに、僅かな時間ではあるが、昇圧側の出力電圧が電圧指令に比して高くなつたり低くなつたりする場合力 S生じる。出力電圧が電圧指令より低くなる場合には、若干の電気機器の出力不足を生じる程度なので問題は少ないが、出力電圧が電圧指令より高くなる場合には、昇圧側の平滑コンデンサを破損させる恐れが生じると共に電気機器の出力過多を招いてしまう。

[0004] 本発明の電源装置およびその制御方法は、出力電圧が予期せずに電圧指令より高くなるのを抑制することを目的の一つとする。また、本発明の電源装置およびその制御方法は、平滑コンデンサなどの平滑用電子機器の破損を抑制することを目的の一つとする。さらに、本発明の電源装置およびその制御方法は、電源装置と電力のやりとりを行なう電気機器の出力過多を抑制することを目的の一つとする。

[0005] 本発明の電源装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

[0006] 本発明の電源装置は、電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置であって、直流電源と、前記直流電源カゝらみて前記電気機器と直列接続された第 1のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第 2のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアタトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータカゝらみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、前記リアタトルに流れる電流であるリアタトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出するゼロ電流停滞状態検出手段と、前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と前記ゼロ電流停滞状態検出手段により検出される周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備えることを要旨とする。

[0007] この本発明の電源装置では、昇圧コンバータのリアタトルに流れる電流であるリアクトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態がスイッチング素子をオンオフする所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出し、電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と検出した周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて昇圧コンパ一タを制御する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態に対処することができ、周期的ゼロ電流停滞状態により昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。この結果、出力電圧が電圧指令より高くなることによって生じ得る電圧平滑手段の破損を抑制することができると共に電気機器の出力過多を抑制することができる。ここで、電気機器は、電源装置と電力のやりとりが可能であれば如何なる機器であってもよい。また、電圧平滑手段は、例えば平滑コンデンサなどを用いることができる。

[0008] こうした本発明の電源装置において、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記直流電源の電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段と前記第 2のスィッチング素子の端子間電圧である第 2スィッチ電圧を検出する第 2スィッチ電圧検出手段とを有し、前記検出された電源電圧と前記検出された第 2スィッチ電圧との差が所定電圧以下となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。また、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記電圧平滑手段の端子間電圧である平滑端子間電圧を検出する平滑端子間電圧検出手段と前記第 2のスイッチング素子の端子間電圧である第 2スィッチ電圧を検出する第 2スィッチ電圧検出手段とを有し、前記所定の周期で前記検出された平滑端子間電圧と前記検出された第 2スィッチ電圧との差が第 1の所定電圧以上となり且つ前記検出された第 2スィッチ電圧が第 2の所定電圧以上となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。さらに、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記リアタトル電流を検出するリァクトル電流検出手段を有し、前記所定の周期で前記検出されたリアタトル電流が値 0となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。これらの場合、前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記ゼロ電流停滞状態が複数回に亘つて生じたときに前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より確実に周期的ゼ口電流停滞状態を検出することができ、誤検出を抑制することができる。

[0009] また、本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されていないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときに昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。

[0010] この周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには補正後電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御する態様の本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記リアクトル電流の極性変化の方向を判定すると共に該判定した極性変化の方向に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。更にこの場合、前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子の作動状態に基づいて極性変化の方向を判定する手段であるものとすることもでき、更に、前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアタトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定し、前記第 2のスイッチング素子をオン状態力オフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアタトル電流が前記直流電源を充電する電流力放電する電流に極性変化したと判定する手段であるものとすることもできる。これらの場合、前記制御手段は、前記リアタトル電流が前記直流電源を放電する電流力充電する電流に極性変化したと判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記リアタトル電流が前記直流電源を充電する電流力放電する電流に極性変化したと判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態が検出されているにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、リアタトル電流が前記直流電源を充電する電流力放電する電流に極性変化したときに昇圧側の出力電力が過剰に低下するのを抑制することができる。

本発明の電源装置において、前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子をォン状態力オフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスィツチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出された特定ゼロ電流停滞状態のときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づ!/ヽて前記昇圧コンバータを制御し、前記特定ゼロ電流停滞状態ではないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、特定ゼロ電流停滞状態のときに昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。

[0012] 本発明の電源装置の制御方法は、

直流電源と、前記直流電源カゝらみて電力のやりとりを行なう電気機器と直列接続された第 1のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源力みて前記電気機器と並列接続された第 2のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアタトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、を備える電源装置の制御方法であって、（a)前記リアタトルに流れる電流であるリアタトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にある力否かを判定し、（b)周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する、ことを要旨とする。

[0013] この本発明の電源装置の制御方法では、昇圧コンバータのリアタトルに流れる電流であるリアタトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態がスイッチング素子をオンオフする所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定し、周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには電力のやりとりを行なう電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御し、周期的ゼ口電流停滞状態にあると判定したときには電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて昇圧コンバータを制御する。これにより、周期的ゼロ電流停滞状態に対処することができ、周期的ゼロ電流停滞状態により昇圧側の出力電圧が電圧指令より高くなるのを抑制することができる。この結果、出力電圧が電圧指令より高くなることによって生じ得る電圧平滑手段の破損を抑制することができると共に電気機器の出力過多を抑制することができる。ここで、電気機器は、電源装置と電力のやりとりが可能であれば如何なる機器であってもよい。また、電圧平滑手段は、例えば平滑コンデンサなどを用いることができる。

[0014] こうした本発明の電源装置の制御方法において、前記ステップ (b)は、前記第 1のスイッチング素子をオン状態力オフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記補正後電圧指令に基づ、て前記昇圧コンバータを制御し、前記第 2のスィツチング素子をオン状態力オフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態にあるにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、第 2 のスイッチング素子をオン状態力オフ状態に変化させた直後のデッドタイム中にゼ口電流停滞状態が生じたことによる周期的ゼロ電流停滞状態のときに昇圧側の出力電力が過剰に低下するのを抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の一実施例としての電源装置 20の構成の概略を示す構成図である。

[図 2]電子制御ユニット 50により実行される電圧指令調整ルーチンの一例を示すフロ一チャートである。

[図 3]電子制御ユニット 50により実行される周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理の一例を示すフローチャートである。

[図 4]ノッテリ 22から放電されるときを正としたときにコイル 32を流れるリアタトル電流 I Lが正の値力値 0を跨いで負の値になるときの理想的かつ模式的なリアタトル電流 I Lの時間変化を示す説明図である。

[図 5]リアタトル電流 ILが脈動中に負の値をとらな、状態 1における上アーム，下ァーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。 [図 6]リアタトル電流 ILが脈動中に僅かに負の値となる状態 2における上アーム，下ァーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 7]リアタトル電流 ILが脈動中にデッドタイムで更に負の値となる状態 3における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 8]リアタトル電流 ILが脈動が正の値と負の値とが同程度となる状態 4における上ァーム，下アーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 9]リアタトル電流 ILが脈動中の正の値が少なくなる状態 5における上アーム，下ァーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 10]リアタトル電流 ILが脈動中に僅かに正の値となる状態 6における上アーム，下アーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 11]リアタトル電流 ILが脈動中に正の値をとらな、状態 7における上アーム，下ァーム、デッドタイム、リアタトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を例示する説明図である。

[図 12]変形例の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を例示するフローチャートである。

[図 13]変形例のの電源装置 20Bの構成の概略を示す構成図である。

[図 14]変形例の電源装置 20Bにおける周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理の一例を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。図 1は、本発明の一実施例としての電源装置 20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置 20は、図示するように、インバータ 11, 12を介して電気機器としての二つのモータ MG1, MG2に接続されており、直流電源としてのバッテリ 22と、ノッテリ 22 の電圧を昇圧して二つのモータ MG1, MG2側に供給したりモータ MG1, MG2側の電圧を降圧してバッテリ 22側に供給したりする昇圧コンバータ 30と、昇圧コンパ一タ 30の昇圧側（二つのモータ MG1, MG2側）に配置されて昇圧側の電圧を平滑する平滑コンデンサ 42と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット 50と、を備える

[0017] バッテリ 22は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池として構成されて、る。

[0018] 昇圧コンバータ 30は、インバータ 11, 12の正極母線と負極母線に平滑コンデンサ 42と並列するよう直列に配置された二つのゲート式のスイッチング素子（例えば、 M OSFET)Trl, Tr2と、各スイッチング素子 Trl, Tr2に対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオード Dl, D2と、二つのスイッチング素子 Trl, Tr2 の中間とバッテリ 22の正極側に取り付けられたコイル 32と、により構成された周知の昇圧コンバータである。以下の説明では、スイッチング素子 Trlのことを「上アーム」、スイッチング素子 Tr2のことを「下アーム」と称することがある。

[0019] 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と、データを一時的に記憶する RAM56と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ュニット 50には、ノッテリ 22の出力端子間に取り付けられた電圧センサ 24からの電池電圧 Vbやスイッチング素子 Tr2の端子間に取り付けられた電圧センサ 34からの下ァーム電圧 Vo,平滑コンデンサ 42の端子間に取り付けられた電圧センサ 44からのコンデンサ電圧 Vhなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット 50力らは、昇圧コンデンサ 30のスイッチング素子 Trl, Tr2へのスイッチング信号が出力ポートから出力されている。電子制御ユニット 50は、電源装置 20の制御ユニットとして機能するだけでなぐ二つのモータ MG1, MG2の駆動制御ユニットとしても機能する。このため、電子制御ユニット 50にはモータ MG1, MG2に取り付けられた回転位置センサ 13, 14からのロータの回転位置やインバータ 11, 12に取り付けられた図示しない電流センサからのモータ MG1, MG2に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット 50からはインバータ 11, 12へのスィツチング信号などが出力ポートを介して出力されている。

[0020] なお、二つのモータ MG1, MG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ 11, 12および昇圧コンバータ 30を介してバッテリ 22と電力のやりとりを行なう。

[0021] 次に、こうして構成された電源装置 20の動作について説明する。電源装置 20の動作は、基本的には、バッテリ 22と二つのモータ MG1, MG2との間で電力のやりとりを円滑に行なうためにコンデンサ電圧 Vhが電圧指令 Vh *となるよう昇圧コンバータ 30 のスイッチング素子 Trl, Tr2をスイッチング制御することにより行なわれる。実施例の電源装置 20では、電圧指令 Vh*に対して図 2に例示する電圧指令調整ルーチンを実行することにより、電圧指令 Vh *を修正している。即ち、電圧指令調整ルーチンでは、二つのモータ MG1, MG2の駆動状態やトルク指令などに基づいて図示しない電圧指令設定ルーチンにより設定された電圧指令 Vh *と周期的ゼロ電流停滞フラグ FOとを入力し (ステップ S100)、周期的ゼロ電流停滞フラグ FOを調べ (ステップ S1 10)、周期的ゼロ電流停滞フラグ FOが値 0のときには電圧指令 Vh*を修正することなく終了し、周期的ゼロ電流停滞フラグ FOが値 1のときには設定された電圧指令 Vh *から所定電圧 Δ Vを減じた値を修正後の電圧指令 Vh *として修正して (ステップ S 120)、終了する。ここで、周期的ゼロ電流停滞フラグ FOは、スイッチング素子 Trl ( 上アーム）をオン力もオフした直後にスイッチング素子 Trl, Tr2を共にオフとするデッドタイム中にコイル 32に流れる電流（リアタトル電流) ILが値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）がスイッチング素子 Trl, Tr2のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態にあるとして値 1がセットされ、値 1がセットされて力所定時間経過したときに値 0がセットされる。この周期的ゼロ電流停滞フラグ FOのセットは、図 3 に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理により実行される。

[0022] 周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理が実行されると、電子制御ユニット 50の CPU 52は、まず、電圧センサ 24からの電池電圧 Vbや電圧センサ 34からの下アーム電圧 Voを入力し (ステップ S 200)、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0の値を調べる (ステップ S210)。周期的ゼロ電流停滞フラグ FOが値 0のときには、電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致するか否かを電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとの差の絶対値が閾値 Vref未満であるか否かにより判定する（ステップ S220)。ここで、閾値 Vrefは、センサによる検出誤差などを許容できる程度の小さな値として設定されている。電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致しないと判定されたときには周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1をセットすることなぐこの処理を終了する。

[0023] 一方、電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致すると判定されると、この電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとの一致が上アームをオン力オフしたときのデッドタイムに生じているか否かを判定し (ステップ S230)、電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとの一致が上アームをオン力オフしたときのデッドタイムに生じていないときには周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1をセットすることなぐこの処理を終了する。電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとの一致が上アームをオン力オフしたときのデッドタイムに生じているときにはカウンタ Cを値 1だけインクリメントし (ステップ S240)、カウンタ Cの値を閾値 Crefと比較する（ステップ 250)。ここで、閾値 Crefは、電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとの一致が確実に生じていることやこれが上アームをオン力オフしたときのデッドタイムに生じていることをより確からしくするために用いられる閾値であり、値 2, 3, 4などを用いることができる。カウンタ Cが閾値 Cref以上のときには周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1をセットして (ステップ S260)、処理を終了し、カウンタ Cが閾値 Cref未満のときには周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 0をセットすることなぐこの処理を終了する。電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが複数回に亘つて一致することにより、周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定することができる理由については後述する。

[0024] ステップ S210で周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1がセットされていると判定したときには、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1がセットされて力所定時間経過したか否かを判定し (ステップ S270)、所定時間経過したときにカウンタ Cを値 0にリセットすると共に (ステップ S280)、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 0をセットして (ステツプ S290)、処理を終了する。

[0025] 図 4は、ノッテリ 22から放電されるときを正としたときにコイル 32を流れるリアタトル電流 ILが正の値力値 0を跨いで負の値になるときの理想的かつ模式的なリアタトル電流 ILの時間変化を示す説明図である。図中のリアタトル電流 ILの脈動は、スィッチング素子 Trl, Tr2のスイッチング周期（キャリア周波数）〖こよるものである。リアタトル電流 ILが正の値力負の値に変化するときには、リアタトル電流 ILは、図示するように、脈動中に負の値をとらない状態 1、脈動中に僅かに負の値となる状態 2、脈動中にデッドタイムで更に負の値となる状態 3、脈動が正の値と負の値とが同程度となる状態 4、脈動中の正の値が少なくなる状態 5、脈動中に僅かに正の値となる状態 6、脈動中に正の値をとらない状態 7の順に変化する。状態 1〜7の各状態における実際の上アーム（スイッチング素子 Trl) ,下アーム（スイッチング素子 Tr2)、デッドタイム、リァクトル電流 IL,下アーム電圧 Voの変化の様子を図 5〜 11に例示する。

[0026] 状態 1では、図 5に示すように、下アーム電圧 Voは、上アーム (スイッチング素子 Tr 1)と下アーム (スイッチング素子 Tr 2)のスイッチングに応じてコンデンサ電圧 Vhと値 0とを繰り返す。

[0027] 状態 2では、図 6に示すように、リアタトル電流 ILは、上アーム (スイッチング素子 Tr 1)をオン力もオフしたときのデッドタイムで、本来なら負の値となるべきであるのにスィツチング素子 Trl, Tr2が共にオフとなっていることから、負の電流を流すことができず、値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態は、キャリア周波数で周期的に生じる。ゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧 Voは、リアクトル電流 ILが値 0であること力も電池電圧 Vbに一致することになる。図 3の周期的ゼ口電流停滞フラグ設定処理で電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが複数回に亘つて一致することにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定することができるのは、こうした理由による。下アーム電圧 Voは、デッドタイムがなければリアタトル電流 ILが負の値になるときに値 0となる力デッドタイムがあるためにゼロ電流停滞状態では電池電圧 Vbとなるため、平滑コンデンサ 42側は電圧指令 Vh *を超える電圧となってしまう。実施例では、平滑コンデンサ 42の過剰電圧となって破損するのを抑制したり、モータ MG 1, MG2からの出力トルクが予期しない大きなものになるのを抑制するために電圧指令 Vh *を所定電圧 Δνだけ下方修正するのである。ここで、所定電圧 Δνは、キヤリァ周波数や電池電圧 Vb,電圧指令 Vh *などによって実験などを用いて定めることができる。

[0028] 状態 3では、図 7に示すように、リアタトル電流 ILは、上アーム (スイッチング素子 Tr 1)をオン力オフしたときのデッドタイムで、本来なら正の値となるべきであるのにスィツチング素子 Trl, Tr2が共にオフとなっていることから、正の電流を流すことができず、値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）が生じる。ゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧 Voは、リアタトル電流 ILが値 0であることから、本来値 0となるところ電池電圧 Vbに一致することになり、平滑コンデンサ 42側は電圧指令 Vh *を超える電圧となつてしまう。なお、実施例では、電圧指令 Vh *が所定電圧 Δνだけ下方修正されるから、こうした平滑コンデンサ 42側の過剰電圧を抑制することができる。実施例では、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0が値 1にセットされて力所定時間経過したときにカウンタ Cが値 0にリセットされる。このときの所定時間は、状態 2や状態 3を通過するのに必要な時間として設定すればよい。なお、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0が値 1にセットされて力も所定時間経過したときにカウンタ Cが値 0にリセットするのに代えて状態 3 を通過したときにカウンタ Cを値 0にリセットするものとしてもよい。

[0029] 状態 4では、図 8に示すように、リアタトル電流 ILは、デッドタイム中に極性変化しない。このため、状態 2や状態 3で説明したような平滑コンデンサ 42側の過電圧は生じない。

[0030] 状態 5では、図 9に示すように、下アーム (スイッチング素子 Tr2)をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら負の値となるべきであるのにスイッチング素子 Trl, Tr 2が共にオフとなっていることから、負の電流を流すことができず、値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧 Voは、リアタトル電流 ILが値 0であること力電池電圧 Vbに一致することになり、平滑コンデンサ 42側は電圧指令 Vh *を下回る電圧となる。実施例では、平滑コンデンサ 42の電圧が電圧指令 Vh *より下回っても、その程度は小さいから、電圧指令 Vh *を修正することなく用いるものとした。状態 2では平滑コンデンサ 42の電圧が電圧指令 Vh *を超えるのを抑制するために電圧指令 Vh*を下方修正する力状態 5では平滑コンデンサ 42の電圧が電圧指令 Vh *を下回っても電圧指令 Vh *を上方修正しなヽ。これは、平滑コンデンサ 42の電圧が電圧指令 Vh *を下回っても平滑コンデンサ 4 2の破損は生じないため、電圧指令 Vh*を上方修正する必要がないからである。また、電圧指令 Vh *を上方修正しないとモータ MG1, MG2の出力トルクは若干の低下を生じる力その程度が低いことと、こうした現象が短い時間であることから、電圧指令 Vh *を上方修正しなくても大きな問題は生じな、からである。

[0031] 状態 6では、図 10に示すように、下アーム (スイッチング素子 Tr2)をオンからオフしたときのデッドタイムで、本来なら正の値となるべきであるのにスイッチング素子 Trl, Tr2が共にオフとなっていることから、正の電流を流すことができず、値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）が生じる。このゼロ電流停滞状態では、下アーム電圧 Vo は、リアタトル電流 ILが値 0であることから、本来コンデンサ電圧 Vhになるところ電池電圧 Vbに一致することになり、平滑コンデンサ 42側は電圧指令 Vh *を下回る電圧となってしまう。この場合でも、実施例では、状態 5と同様に、平滑コンデンサ 42の破損は生じな、から電圧指令 Vh *の上方修正は行なわれな、。

[0032] 状態 7では、図 11に示すように、下アーム電圧 Voは、上アーム (スイッチング素子 T rl)と下アーム (スイッチング素子 Tr2)のスイッチングに応じてコンデンサ電圧 Vhと値 0とを繰り返す。

[0033] 以上の説明から、図 3に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理では、状態 2 に至っているのを電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致した回数がカウンタ Cが閾値 Cref以上となることにより判定して周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1を設定し、状態 2に至って周期的ゼロ電流停滞フラグ F0に値 1を設定して力状態 2と状態 3とを通過するのに要する時間として予め設定した時間を経過したときに周期的ゼロ電流停滞フラグ F0を値 0にリセットする。そして、図 2に例示する電圧指令調整ルーチンでは、周期的ゼロ電流停滞フラグ F0が値 1のときには平滑コンデンサ 42の過剰電圧による破損やモータ MG1, MG2の出力過多を抑制するために電圧指令 Vh *を所定電圧 Δ Vだけ下方修正するのである。

[0034] 以上説明した実施例の電源装置 20によれば、スイッチング素子 Trl (上アーム）をオン力もオフした直後にスイッチング素子 Trl, Tr2を共にオフとするデッドタイム中にコイル 32に流れる電流（リアタトル電流) ILが値 0で停滞する現象 (ゼロ電流停滞状態）がスイッチング素子 Trl, Tr2のスイッチング周期で生じたときに周期的ゼロ電流停滞状態に至ったと判定して電圧指令 Vh*を所定電圧 Δνだけ下方修正するから、周期的ゼロ電流停滞状態のときに予期せずに平滑コンデンサ 42側の電圧が電圧指令 Vh *より高くなるのを抑制することができ、平滑コンデンサ 42が過剰電圧によつて破損したりモータ MG1, MG2から過剰なトルクが出力されるのを抑制することができる。しかも、スイッチング素子 Trl (上アーム）をオンカゝらオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定するから、電圧指令 Vh *を必要なときにだけ下方修正することができる。

[0035] 実施例の電源装置 20では、複数回に亘つて電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致するのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定したが、複数回に亘つてコンデンサ電圧 Vhと下アーム電圧 Voとが一致せずに下アーム電圧 Voが値 0でないと判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定するものとしてもよい。この場合、図 3の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理に代えて図 12の周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を実行すればよい。即ち、コンデンサ電圧 Vhと下アーム電圧 Voとの差の絶対値が正の値の閾値 Vreflより大きいか否かの判定によりコンデンサ電圧 Vhと下アーム電圧 Voとが一致しな!、判定を行なヽ（ステップ S222)、下アーム電圧 Voが正の値の閾値 Vref 2より大きいか否かの判定により（ステップ S224)下アーム電圧 Vo が値 0でないと判定を行なうものとすることができる。

[0036] 実施例の電源装置 20では、複数回に亘つて電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voとが一致するのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定したが、複数回に亘つてコイル 32に流れる電流（リアタトル電流）が値 0となるのを判定したときに周期的ゼロ電流停滞状態を判定するものとしてもよい。この場合、図 13の変形例の電源装置 20 Bに例示するように、コイル 32に対して直列に電流センサ 26を取り付けてセンサ値を電子制御ユニット 50の図示しない入力ポートに入力するよう構成し、図 3の周期的ゼ口電流停滞フラグ設定処理に代えて図 14に例示する周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理を実行すればよい。周期的ゼロ電流停滞フラグ設定処理では、電池電圧 Vb や下アーム電圧 Voの入力に代えて電流センサ 26からのリアタトル電流 ILを入力し（ステップ S200B)、電池電圧 Vbと下アーム電圧 Voの差と閾値 Vrefとの比較に代えてリアタトル電流 ILが値 0であるか否かの判定を行なう（ステップ S220B)。ゼロ電流停滞状態は、リアタトル電流 ILが値 0で停滞する状態であるから、直接リアタトル電流 I Lを用いて判定することもできるからである。 [0037] 実施例の電源装置 20では、スイッチング素子 Trl (上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh *を下方修正するものとした力スイッチング素子 Trl (上アーム）をオン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけでなぐスイツチング素子 Tr2 (下アーム）をオン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態により周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh *を下方修正するものとしてもよい。この場合、スイッチング素子 Tr2 (下アーム）をオン力もオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態のときの周期的ゼロ電流停滞状態では、不必要に電圧指令 Vh *が下方修正され、モータ MG1, MG2の出力トルクが若干低下するが、その程度が低いことと、こうした現象が短い時間であることから、大きな問題とはならない。

[0038] 実施例の電源装置 20では、スイッチング素子 Trl (上アーム）をオンからオフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態だけにより周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh *を下方修正するものとした力スイッチング素子 Tr2 (下アーム）をオン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態により周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh*を上方修正するものとしてもよい。こうすれば、スイッチング素子 Tr2 (下アーム）をオン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態による周期的ゼロ電流停滞状態におけるモータ MG1, MG2の出力トルクの若干の低下を抑制することができる。

[0039] 実施例の電源装置 20では、インバータ 11, 12を介して二つのモータ MG1, MG2 に接続されるものとして説明した力一つのモータに接続されるものとしてもよぐ三つ以上のモータに接続されるものとしても力まわない。また、接続先としては、モータや発電機に限定されるものではなぐ電力消費する如何なる機器や電力を発電または回生する如何なる機器としても力まわな、。

[0040] 実施例の電源装置 20では、ソフトウェアによりスイッチング素子 Trl (上アーム）をォン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態を判定すると共に周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh *を下方修正するものとしたが、ハードウェアによりスイッチング素子 Trl (上アーム）をオン力オフした直後のデッドタイムのときのゼロ電流停滞状態を判定すると共に周期的ゼロ電流停滞状態を判定して電圧指令 Vh *を下方修正するものとしてもよ!/、。

[0041] 以上、本発明を実施するための最良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ぐ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。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置であって、

直流電源と、

前記直流電源カゝらみて前記電気機器と直列接続された第 1のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源からみて前記電気機器と並列接続された第 2のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリァクトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータカゝらみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、

前記リアタトルに流れる電流であるリアタトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態を検出するゼロ電流停滞状態検出手段と、

前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令と前記ゼロ電流停滞状態検出手段により検出される周期的ゼロ電流停滞状態とに基づいて前記昇圧コンパ一タを制御する制御手段と、

を備える電源装置。

[2] 請求項 1記載の電源装置であって、

前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記直流電源の電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段と前記第 2のスイッチング素子の端子間電圧である第 2スイツチ電圧を検出する第 2スィッチ電圧検出手段とを有し、前記検出された電源電圧と前記検出された第 2スィッチ電圧との差が所定電圧以下となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である、

電源装置。

[3] 請求項 2記載の電源装置であって、

前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記ゼロ電流停滞状態が複数回に亘つて生じたときに前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である、電源装置。

[4] 請求項 1記載の電源装置であって、

前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記電圧平滑手段の端子間電圧である平滑端子間電圧を検出する平滑端子間電圧検出手段と前記第 2のスイッチング素子の端子間電圧である第 2スィッチ電圧を検出する第 2スィッチ電圧検出手段とを有し、前記所定の周期で前記検出された平滑端子間電圧と前記検出された第 2スィッチ電圧との差が第 1の所定電圧以上となり且つ前記検出された第 2スィッチ電圧が第 2の所定電圧以上となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である、

電源装置。

[5] 請求項 4記載の電源装置であって、

前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記ゼロ電流停滞状態が複数回に亘つて生じたときに前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である、

電源装置。

[6] 請求項 1記載の電源装置であって、

前記ゼロ電流停滞状態検出手段は、前記リアタトル電流を検出するリアタトル電流検出手段を有し、前記所定の周期で前記検出されたリアタトル電流が値 0となるときを前記ゼロ電流停滞状態として前記周期的ゼロ電流停滞状態を検出する手段である、電源装置。

[7] 請求項 6記載の電源装置であって、

電源装置。

[8] 請求項 1記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されていないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である、

電源装置。

[9] 請求項 8記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記リアタトル電流の極性変化の方向を判定すると共に該判定した極性変化の方向に基づ!/、て前記昇圧コンバータを制御する手段である、電源装置。

[10] 請求項 9記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子の作動状態に基づいて極性変化の方向を判定する手段である、

電源装置。

[11] 請求項 10記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアタトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定し、前記第 2のスイッチング素子をオン状態力オフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出されたときには前記リアタトル電流が前記直流電源を充電する電流力放電する電流に極性変化したと判定する手段である、

電源装置。

[12] 請求項 9記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記リアタトル電流が前記直流電源を放電する電流から充電する電流に極性変化したと判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記リアタトル電流が前記直流電源を充電する電流力放電する電流に極性変化したと判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態が検出されているにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である、電源装置。

[13] 請求項 1記載の電源装置であって、

前記制御手段は、前記第 1のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記ゼロ電流停滞状態検出手段により周期的ゼロ電流停滞状態が検出された特定ゼロ電流停滞状態のときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記特定ゼロ電流停滞状態ではないときには前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である、

電源装置。

[14] 直流電源と、前記直流電源カゝらみて電力のやりとりを行なう電気機器と直列接続された第 1のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子に直列に接続されると共に前記直流電源力みて前記電気機器と並列接続された第 2のスイッチング素子と、前記第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子との中間点と前記直流電源の出力端子との接続されたリアタトルとを有し、所定の周期で両スイッチング素子のオン時間を調整することにより前記直流電源の電圧を昇圧して前記電気機器に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータからみて前記電気機器に並列接続されて前記電気機器に作用する電圧を平滑する電圧平滑手段と、を備える電源装置の制御方法であって、

(a)前記リアタトルに流れる電流であるリアタトル電流が値 0で停滞するゼロ電流停滞状態が前記所定の周期で生じる周期的ゼロ電流停滞状態にあるか否かを判定し、

(b)周期的ゼロ電流停滞状態にないと判定したときには前記電気機器に作用する電圧の目標値である電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記電圧指令を低くする補正をした補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御する、

電源装置の制御方法。

[15] 請求項 14記載の電源装置の制御方法であって、

前記ステップ (b)は、前記第 1のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後の該第 1のスイッチング素子と前記第 2のスイッチング素子とが共にオフ状態となるデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼロ電流停滞状態にあると判定したときには前記補正後電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記第 2のスイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させた直後のデッドタイム中に前記ゼロ電流停滞状態が生じたことにより前記周期的ゼ口電流停滞状態にあると判定したときには前記周期的ゼロ電流停滞状態にあるにも拘わらず前記電圧指令に基づいて前記昇圧コンバータを制御するステップである、電源装置の制御方法。