JP2010104139A - Voltage converter and vehicle mounting it - Google Patents
Voltage converter and vehicle mounting it Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010104139A JP2010104139A JP2008272848A JP2008272848A JP2010104139A JP 2010104139 A JP2010104139 A JP 2010104139A JP 2008272848 A JP2008272848 A JP 2008272848A JP 2008272848 A JP2008272848 A JP 2008272848A JP 2010104139 A JP2010104139 A JP 2010104139A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- mode
- voltage converter
- value
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Landscapes
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
【課題】部品の大型化を避けつつ、高効率を実現する電圧コンバータおよびそれを搭載する車両を提供する。
【解決手段】電圧コンバータ12は、バッテリBATとインバータユニット23との間に接続され、共振モードとハードスイッチングモードとを切り替えて動作可能である。コンバータ12は、リアクトルL1Aに接続されたIGBT素子Q2Aとを含む。制御装置30は、電圧コンバータ12を通過する電流値または電流値の目標値に応じて、共振モードおよびハードスイッチングモードのいずれか一方を選択して、選択したモードを実現するようにIGBT素子Q2Aを制御する。
【選択図】図1A voltage converter that realizes high efficiency while avoiding an increase in size of a component, and a vehicle on which the voltage converter is mounted.
A voltage converter is connected between a battery BAT and an inverter unit 23, and is operable by switching between a resonance mode and a hard switching mode. Converter 12 includes an IGBT element Q2A connected to reactor L1A. Control device 30 selects either the resonance mode or the hard switching mode according to the current value passing through voltage converter 12 or the target value of the current value, and sets IGBT element Q2A to realize the selected mode. Control.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、電圧コンバータおよびそれを搭載する車両に関し、特に共振モードで動作が可能な電圧コンバータおよびそれを搭載する車両に関する。 The present invention relates to a voltage converter and a vehicle equipped with the voltage converter, and more particularly to a voltage converter capable of operating in a resonance mode and a vehicle equipped with the voltage converter.
スイッチング素子により直流電源入力をオン・オフして、所定電圧直流電源出力を生成する、DC−DCコンバータが知られている。そして、このDC−DCコンバータの効率を改善するための方法として、電源入力をオン・オフするスイッチング素子に対して共振用キャパシタを並列に接続した共振型DC−DCコンバータが知られている。特開2007−82377号公報(特許文献1)はこのような共振型のDC−DCコンバータを開示する。
共振用キャパシタをスイッチング素子に対して並列に接続した共振型DC−DCコンバータでは、駆動用スイッチング素子のオフタイミングに、共振用キャパシタの影響により電圧の上昇を抑えた状態でスイッチングを行なうゼロ電圧スイッチングを実現する。共振型コンバータは、ソフトスイッチング型コンバータとも称される。また、その後の駆動用スイッチング素子のオンタイミングでもリアクトルの電流を逆流させることによりスイッチング素子の両端の電圧差が0になるタイミングを作ってゼロ電圧スイッチングを実現する。いわゆる自然転流方式によりゼロ電圧スイッチングを実現してスイッチング時の損失を抑えている。 In a resonance type DC-DC converter in which a resonance capacitor is connected in parallel to a switching element, zero voltage switching is performed in a state in which a rise in voltage is suppressed by the influence of the resonance capacitor at the off timing of the driving switching element. Is realized. The resonant converter is also referred to as a soft switching converter. Further, even when the driving switching element is turned on thereafter, the reactor current is made to flow backward to create a timing at which the voltage difference between both ends of the switching element becomes zero, thereby realizing zero voltage switching. Zero voltage switching is achieved by a so-called natural commutation method to suppress loss during switching.
しかし、共振型のDC−DCコンバータでは、共振状態を維持するための内部環流電流を流し続ける必要がある。したがって、コンバータを通過させる電流が低電流である場合でも、スイッチング素子に環流電流を通過させるときに生ずる導通損失が発生し、非共振型(ハードスイッチング型とも称される)のDC−DCコンバータよりも効率が悪くなりがちである。 However, in a resonance type DC-DC converter, it is necessary to continue flowing an internal reflux current for maintaining a resonance state. Therefore, even when the current passing through the converter is a low current, a conduction loss occurs when the circulating current is passed through the switching element, resulting in a non-resonant type (also referred to as hard switching type) DC-DC converter. Tends to be inefficient.
図13は、共振型コンバータと非共振型コンバータのリアクトルに流れる電流を比較して示した図である。 FIG. 13 is a diagram comparing the current flowing through the reactors of the resonant converter and the non-resonant converter.
図13を参照して、コンバータに接続された負荷での消費電流に基づいて定められる平均電流Imを実現するために、非共振型のコンバータではリアクトルに電流Ibが流れるが、共振型コンバータでは電流Iaが流れる。 Referring to FIG. 13, in order to realize an average current Im determined based on current consumption in a load connected to the converter, a current Ib flows through a reactor in a non-resonant type converter. Ia flows.
共振型コンバータは、平均電流Imが小さい場合でも共振状態を維持するための電流を流し続けなければならない。 The resonant converter must continue to pass a current for maintaining the resonance state even when the average current Im is small.
また、共振型コンバータでは、電流Iaに示すように、スイッチング損失を低減させるために、必ずリアクトル電流の向きが反転してからスイッチング素子のオンを切り替える必要がある。図13では、電流Iaは0Aより小さくなる瞬間が周期的に発生する。 Further, in the resonant converter, as shown by the current Ia, in order to reduce the switching loss, it is necessary to switch on the switching element after the direction of the reactor current is always reversed. In FIG. 13, moments when the current Ia becomes smaller than 0 A periodically occur.
したがって、平均電流Imが大きい場合には、電流を反転させるために0Aを少し下回る程度の電流を流す瞬間が必要であるので、電流振幅が大きくなる。したがって、電流のピーク値も大きくなるので、流すことができる最大電流が大きい部品(リアクトルやスイッチング素子)を選択しなければならない。このため部品が大型になってしまう。 Therefore, in the case where the average current Im is large, the current amplitude increases because a moment when a current that is slightly below 0 A is required to invert the current. Therefore, since the peak value of the current also increases, it is necessary to select a component (reactor or switching element) having a large maximum current that can be passed. For this reason, parts become large.
図13の例では、一般的なハードスイッチング(非共振型)のコンバータにおいて同じ平均電流Imを流すための電流Ibと比べ、共振型コンバータの電流Iaはピーク電流値が約2倍となる。 In the example of FIG. 13, the peak current value of the current Ia of the resonant converter is about twice that of the current Ib for causing the same average current Im to flow in a general hard switching (non-resonant) converter.
すなわち、共振型DC−DCコンバータは、電流が特定の範囲では性能がよいが、電流レンジが広い使い方をすると、損失が大きく効率が悪い領域があったり、部品が大型化してしまったりといった問題がある。 In other words, the resonance type DC-DC converter has good performance in a specific current range, but if it is used in a wide current range, there is a problem that there is a region where loss is large and efficiency is low, or parts are enlarged. is there.
この発明の目的は、効率が改善された電圧コンバータおよびそれを搭載する車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a voltage converter with improved efficiency and a vehicle equipped with the same.
この発明の他の目的は、部品の大型化を避けつつ、高効率を実現する電圧コンバータおよびそれを搭載する車両を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a voltage converter that realizes high efficiency while avoiding an increase in size of parts and a vehicle equipped with the voltage converter.
この発明は、要約すると、直流電源と負荷との間に接続され、共振モードとハードスイッチングモードとを切り替えて動作可能な電圧コンバータであって、第1コンバータを備える。第1コンバータは、リアクトルと、リアクトルに接続された第1のスイッチング素子とを含む。電圧コンバータは、第1のスイッチング素子のオン・オフ制御を行なう制御部をさらに備える。制御部は、電圧コンバータを通過する電流値または電流値の目標値に応じて、共振モードおよびハードスイッチングモードのいずれか一方を選択して、選択したモードを実現するように第1のスイッチング素子を制御する。 In summary, the present invention is a voltage converter that is connected between a DC power source and a load and that can operate by switching between a resonance mode and a hard switching mode, and includes a first converter. The first converter includes a reactor and a first switching element connected to the reactor. The voltage converter further includes a control unit that performs on / off control of the first switching element. The control unit selects either the resonance mode or the hard switching mode according to the current value passing through the voltage converter or the target value of the current value, and sets the first switching element to realize the selected mode. Control.
好ましくは、第1コンバータは、少なくとも共振モードにおいて第1のスイッチング素子と並列接続されるキャパシタをさらに含む。 Preferably, the first converter further includes a capacitor connected in parallel with the first switching element at least in a resonance mode.
より好ましくは、第1コンバータは、キャパシタを第1のスイッチング素子に並列に接続する経路上に設けられるスイッチをさらに含む。制御部は、共振モードにおいてスイッチを導通状態に制御し、ハードスイッチングモードでは、スイッチを非導通状態に制御する。 More preferably, the first converter further includes a switch provided on a path connecting the capacitor in parallel with the first switching element. The control unit controls the switch to a conductive state in the resonance mode, and controls the switch to a non-conductive state in the hard switching mode.
好ましくは、リアクトルの一端は直流電源の正極に接続される。第1のスイッチング素子は、リアクトルの他端と直流電源の負極との間に接続される。第1コンバータは、リアクトルの他端と負荷との間に接続される第2のスイッチング素子をさらに備える。 Preferably, one end of the reactor is connected to the positive electrode of the DC power supply. The first switching element is connected between the other end of the reactor and the negative electrode of the DC power supply. The first converter further includes a second switching element connected between the other end of the reactor and the load.
好ましくは、制御部は、ハードスイッチングモードで動作させるとリアクトルに電流が流れない期間が周期的に生ずる電流値の上限値より小さく定められる第1のしきい値を境界値として、電流値または目標値が第1のしきい値より小さい場合にはハードスイッチングモードを選択し、電流値または目標値が第1のしきい値より大きい場合には共振モードを選択するように、動作モードを切り替える。 Preferably, when the control unit is operated in the hard switching mode, the current value or the target value is set with a first threshold value defined as a boundary value that is smaller than the upper limit value of the current value that periodically causes a period in which no current flows in the reactor. When the value is smaller than the first threshold value, the hard switching mode is selected, and when the current value or the target value is larger than the first threshold value, the operation mode is switched.
より好ましくは、制御部は、第1のしきい値よりも大きい第2のしきい値を境界値として、電流値または目標値が第2のしきい値より小さい場合には共振モードを選択し、電流値または目標値が第2のしきい値より大きい場合にはハードスイッチングモードを選択するように、動作モードを切り替える。 More preferably, the control unit uses the second threshold value that is larger than the first threshold value as a boundary value, and selects the resonance mode when the current value or the target value is smaller than the second threshold value. When the current value or the target value is larger than the second threshold value, the operation mode is switched so that the hard switching mode is selected.
好ましくは、制御部は、所定のしきい値を境界値として、電流値または目標値が所定のしきい値より小さい場合には共振モードを選択し、電流値または目標値が所定のしきい値より大きい場合にはハードスイッチングモードを選択するように、動作モードを切り替える。 Preferably, the control unit selects a resonance mode when the current value or the target value is smaller than the predetermined threshold with the predetermined threshold as a boundary value, and the current value or the target value is equal to the predetermined threshold. If larger, the operation mode is switched so that the hard switching mode is selected.
好ましくは、電圧コンバータは、第1コンバータと並列的に直流電源と負荷との間に設けられる第2コンバータをさらに備える。制御部は、電流値または目標値に応じて、第1、第2のコンバータのいずれか一方を動作させ他方を休止させるシングルモードと第1、第2のコンバータの両方とも動作させるマルチモードのいずれかを選択し、選択したシングルモード、マルチモードのいずれかと選択した共振モードとハードスイッチングモードのいずれかとの組合せに基づいて第1、第2コンバータを制御する。 Preferably, the voltage converter further includes a second converter provided between the DC power supply and the load in parallel with the first converter. In accordance with the current value or the target value, the controller is configured to operate either one of the first and second converters and stop the other, and either the single mode or the multi-mode that operates both the first and second converters. And the first and second converters are controlled based on a combination of either the selected single mode or multimode and the selected resonance mode or hard switching mode.
好ましくは、制御部は、電圧コンバータを通過する電流値または電流値の目標値に応じて、共振モードおよびハードスイッチングモードの一方を選択して、選択したモードを実現するように、かつ第1のスイッチング素子のスイッチング周波数が所定周波数より高くなるように、第1のスイッチング素子を制御する。 Preferably, the control unit selects one of a resonance mode and a hard switching mode according to a current value passing through the voltage converter or a target value of the current value, and realizes the selected mode, and the first mode The first switching element is controlled such that the switching frequency of the switching element is higher than a predetermined frequency.
この発明は、他の局面にしたがうと、上記いずれか1項に記載の電圧コンバータを搭載する車両である。 According to another aspect, the present invention is a vehicle on which the voltage converter according to any one of the above is mounted.
本発明によれば、電圧コンバータにおいて、部品の大型化を避けつつ、高効率を実現することができ、たとえば車両に用いれば、車両コストを抑えつつエネルギ消費を低減(燃費を向上)させることができる。 According to the present invention, in a voltage converter, high efficiency can be achieved while avoiding an increase in the size of components. For example, when used in a vehicle, energy consumption can be reduced (fuel efficiency can be improved) while suppressing vehicle cost. it can.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1の電圧コンバータが搭載された車両100の主たる構成を示す図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a
図1を参照して、車両100は、バッテリBATと、電圧コンバータ12と、平滑用コンデンサC2と、電圧センサ13と、インバータユニット23と、エンジン4と、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構3と、車輪2と、制御装置30とを含む。
Referring to FIG. 1,
車両100は、さらに、バッテリBATの正極に接続される正極母線PL1と、バッテリBATの負極に接続される負極母線SLと、バッテリBATの端子間の電圧VLを検出する電圧センサ10と、バッテリBATから正極母線PL1を経由して電圧コンバータ12に流れる電流IBを検知する電流センサ11と、正極母線PL2とを含む。
バッテリBATとしては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等を用いることができる。 As the battery BAT, for example, a secondary battery such as a lead storage battery, a nickel metal hydride battery, or a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like can be used.
電圧コンバータ12は、電圧VHを200〜650V程度に制御する。電圧コンバータ12は、電圧コンバータ12Aを含む。コンデンサC2は、電圧コンバータ12Aによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ13は、平滑用コンデンサC2の端子間電圧VHを検知して制御装置30に出力する。
The
インバータユニット23は、インバータ14および22を含む。インバータ14は、電圧コンバータ12から与えられる直流電圧を3相交流に変換してモータジェネレータMG1に出力する。インバータ22は、電圧コンバータ12から与えられる直流電圧を3相交流に変換してモータジェネレータMG2に出力する。
動力分割機構3は、エンジン4とモータジェネレータMG1,MG2に結合されて、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この3つの回転軸がエンジン4、モータジェネレータMG1,MG2の各回転軸にそれぞれ接続される。
Power split
なおモータジェネレータMG2の回転軸は、図示しない減速ギヤおよび差動ギヤによって車輪2に結合されている。また動力分割機構3の内部に、モータジェネレータMG2の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。また、この減速機の減速比を切り替え可能に構成しても良い。
The rotating shaft of motor generator MG2 is coupled to
電圧コンバータ12Aは、一方端が正極母線PL1に接続されるリアクトルL1Aと、正極母線PL2と負極母線SLとの間に直列に接続されるIGBT素子Q1A,Q2Aと、IGBT素子Q1A,Q2Aにそれぞれ並列に接続されるダイオードD1A,D2Aとを含む。
リアクトルL1Aの他方端はIGBT素子Q1AのエミッタおよびIGBT素子Q2Aのコレクタに接続される。ダイオードD1AのカソードはIGBT素子Q1Aのコレクタと接続され、ダイオードD1AのアノードはIGBT素子Q1Aのエミッタと接続される。ダイオードD2AのカソードはIGBT素子Q2Aのコレクタと接続され、ダイオードD2AのアノードはIGBT素子Q2Aのエミッタと接続される。 Reactor L1A has the other end connected to the emitter of IGBT element Q1A and the collector of IGBT element Q2A. The cathode of diode D1A is connected to the collector of IGBT element Q1A, and the anode of diode D1A is connected to the emitter of IGBT element Q1A. The cathode of diode D2A is connected to the collector of IGBT element Q2A, and the anode of diode D2A is connected to the emitter of IGBT element Q2A.
インバータ14は、電圧VHを受けて、たとえばエンジン4を始動させるために、モータジェネレータMG1を駆動する。また、インバータ14は、エンジン4から伝達される動力によってモータジェネレータMG1で発電された電力を電圧コンバータ12に戻す。このとき電圧コンバータ12は、電圧VHを電圧VBに降圧する降圧回路として動作するように制御装置30によって制御される。
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とを含む。U相アーム15,V相アーム16,およびW相アーム17は、正極母線PL2と負極母線SLとの間に並列に接続される。
U相アーム15は、正極母線PL2と負極母線SLとの間に直列接続されたIGBT素子Q3,Q4と、IGBT素子Q3,Q4とそれぞれ並列に接続されるダイオードD3,D4とを含む。ダイオードD3のカソードはIGBT素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはIGBT素子Q3のエミッタと接続される。ダイオードD4のカソードはIGBT素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはIGBT素子Q4のエミッタと接続される。
V相アーム16は、正極母線PL2と負極母線SLとの間に直列接続されたIGBT素子Q5,Q6と、IGBT素子Q5,Q6とそれぞれ並列に接続されるダイオードD5,D6とを含む。ダイオードD5のカソードはIGBT素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードはIGBT素子Q5のエミッタと接続される。ダイオードD6のカソードはIGBT素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードはIGBT素子Q6のエミッタと接続される。
V-
W相アーム17は、正極母線PL2と負極母線SLとの間に直列接続されたIGBT素子Q7,Q8と、IGBT素子Q7,Q8とそれぞれ並列に接続されるダイオードD7,D8とを含む。ダイオードD7のカソードはIGBT素子Q7のコレクタと接続され、ダイオードD7のアノードはIGBT素子Q7のエミッタと接続される。ダイオードD8のカソードはIGBT素子Q8のコレクタと接続され、ダイオードD8のアノードはIGBT素子Q8のエミッタと接続される。
W-
モータジェネレータMG1は、3相の永久磁石同期モータであり、U,V,W相の3つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。そして、U相コイルの他方端がIGBT素子Q3,Q4の接続ノードに接続される。またV相コイルの他方端がIGBT素子Q5,Q6の接続ノードに接続される。またW相コイルの他方端がIGBT素子Q7,Q8の接続ノードに接続される。 Motor generator MG1 is a three-phase permanent magnet synchronous motor, and one end of each of three coils of U, V, and W phases is connected to a neutral point. The other end of the U-phase coil is connected to the connection node of IGBT elements Q3 and Q4. The other end of the V-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q5 and Q6. The other end of the W-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q7 and Q8.
なお、以上のIGBT素子Q1A,Q2A,Q3〜Q8に代えてパワーMOSFET等の他の電力スイッチング素子を用いても良い。 Other power switching elements such as power MOSFETs may be used in place of the IGBT elements Q1A, Q2A, Q3 to Q8.
電流センサ24は、モータジェネレータMG1に流れる電流をモータ電流値MCRT1として検出し、モータ電流値MCRT1を制御装置30へ出力する。電流センサ25は、モータジェネレータMG2に流れる電流をモータ電流値MCRT2として検出し、モータ電流値MCRT2を制御装置30へ出力する。
インバータ22は、正極母線PL2と負極母線SLに接続されている。インバータ22は、車輪2を駆動するモータジェネレータMG2に対して電圧コンバータ12Aの出力する直流電圧VHを3相交流に変換して出力する。またインバータ22は、回生制動に伴い、モータジェネレータMG2において発電された電力を電圧コンバータ12Aに戻す。このとき電圧コンバータ12Aは、降圧回路として動作するように制御装置30によって制御される。なお、インバータ22の内部の構成は、図示しないがインバータ14と同様であり、詳細な説明は繰返さない。
制御装置30は、トルク指令値TR1,TR2、モータ回転数MRN1,MRN2、電圧VL,VLB,VLC,VH、電流ILA,ILB,ILCの各値、モータ電流値MCRT1,MCRT2および起動指示IGONを受ける。そして制御装置30は、電圧コンバータ12Aに対して駆動信号PWCAを出力する。
さらに、制御装置30は、インバータ14に対して、駆動指示PWMI1と回生指示PWMC1とを出力する。駆動指示PWMI1は、電圧コンバータ12の出力である直流電圧を、モータジェネレータMG1を駆動するための交流電圧に変換させる指示である。また、回生指示PWMC1は、モータジェネレータMG1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ12側に戻すための指示である。
Further,
同様に制御装置30は、インバータ22に対して、駆動指示PWMI2と回生指示PWMC2とを出力する。駆動指示PWMI2は、モータジェネレータMG2を駆動するための交流電圧に、直流電圧を変換させる指示である。また回生指示PWMC2は、モータジェネレータMG2で発電された交流電圧を、直流電圧に変換して電圧コンバータ12側に戻すための指示である。
Similarly,
なお、図1において、バッテリBATに対して車両外部から充電可能にするように車両を構成してもよい。たとえば、交流100Vの商用電源の電圧をバッテリに対して充電に適する直流電圧に変換する充電器を車両に搭載したり、モータジェネレータMG1,MG2のステータコイルの中性点から交流100Vを入れることが可能に車両を構成したりすることで、外部からバッテリに充電が可能となる。 In FIG. 1, the vehicle may be configured such that the battery BAT can be charged from the outside of the vehicle. For example, a charger that converts the voltage of a commercial power supply of AC 100V into a DC voltage suitable for charging the battery can be mounted on the vehicle, or AC 100V can be input from the neutral point of the stator coils of motor generators MG1 and MG2. By configuring the vehicle as possible, the battery can be charged from the outside.
図2は、図1における電圧コンバータ12Aを抜き出して示した図である。
図2を参照して、車両100においては、電圧VLを与える正極母線PL1は約200VのバッテリBATに接続され、電圧VHを与える正極母線PL2はインバータ22およびインバータ14に接続される。なお、図2の接地の印は、図1の負極母線SLに対応する。
FIG. 2 is a diagram showing the
Referring to FIG. 2, in
電圧コンバータ12Aは、双方向のコンバータとして働く。すなわちバッテリBATの電圧VLを電圧VHに昇圧する昇圧コンバータとして働き、かつ電圧VHを電圧VLに降圧する降圧コンバータとしても働く。
図2の電圧コンバータ12Aにおいて、スイッチSW1をオン状態に設定する。リアクトルL1AにキャパシタC1Aに向かう右向きの電流iが流れている状態でIGBT素子Q2Aをオフさせるのだが、キャパシタC1Aが接続されているので、IGBT素子Q2Aのコレクタエミッタ電圧Vce(図2の電圧VM)の上昇は遅れる。その間に、IGBT素子Q2Aがオフするように制御することで、IGBT素子Q2Aにおけるスイッチング損失がなくなる。
In the
その後、リアクトルL1Aの電流によってIGBT素子Q2Aのコレクタエミッタ電圧Vce(図2の電圧VM)は上昇し電圧VHに等しくなる。そのときにIGBT素子Q1AをオンさせることでIGBT素子Q1Aのスイッチング損失もなくなる。その後リアクトルL1Aの電流iが左向きになった状態でIGBT素子Q1Aをオフさせる。このような動作をさせることにより、共振型電圧コンバータでのスイッチング損失はなくなり、高効率なDC−DCコンバータが実現できる。 Thereafter, the collector-emitter voltage Vce (voltage VM in FIG. 2) of IGBT element Q2A rises and becomes equal to voltage VH by the current of reactor L1A. At that time, the switching loss of the IGBT element Q1A is eliminated by turning on the IGBT element Q1A. Thereafter, IGBT element Q1A is turned off with current i of reactor L1A leftward. By performing such an operation, the switching loss in the resonant voltage converter is eliminated, and a highly efficient DC-DC converter can be realized.
電圧コンバータ12Aは、加速時等バッテリBATからモータジェネレータMG2に電力を供給するときには、電圧VLから電圧VHに昇圧動作を行なう。一方電圧コンバータ12Aは、ブレーキ等の回生時には、電圧VHから電圧VLに降圧動作を行なう。
ハイブリッド車では、定常走行時にはエンジン4のトルクと、エンジン4のトルクを用いてモータジェネレータMG1で発電された電力によってモータジェネレータMG2が駆動されるトルクとに基づいて走行が行なわれるので、バッテリBATからモータジェネレータMG2への電力供給はあまり行なわれない。また定常走行時には、回生動作もあまり行なわれないので、バッテリBATと電圧コンバータ12との間の電力授受は、ほぼ0である。
In the hybrid vehicle, traveling is performed on the basis of the torque of
車両の使用状況において定常走行の割合は大きく、このときの電力消費の増大は燃費悪化を招いてしまう。本実施の形態では、このような通過電流が小電流の場合の電圧コンバータにおける損失を低減させることができる。 The proportion of steady running is large in the usage situation of the vehicle, and an increase in power consumption at this time leads to a deterioration in fuel consumption. In the present embodiment, it is possible to reduce the loss in the voltage converter when such a passing current is a small current.
図3は、共振動作と電流不連続動作のリアクトル電流を比較して示した波形図である。
図2、図3を参照して、スイッチSW1を短絡した状態で、従来から知られている共振動作を行なった場合のリアクトルL1Aの電流波形i(2)と、スイッチSW1をオフさせて電流不連続動作を行なった場合のリアクトル電流i(1)とが示されている。なおリアクトル電流iの向きは図2の矢印の向き(右向き)を正とする。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a comparison between the reactor current in the resonance operation and the current discontinuous operation.
2 and 3, the current waveform i (2) of reactor L1A in the case where a conventionally known resonance operation is performed in a state in which switch SW1 is short-circuited, and current non- The reactor current i (1) when the continuous operation is performed is shown. The direction of the reactor current i is positive in the direction of the arrow in FIG.
まず電流が連続して流れる共振モードでの動作説明を行なう。図2、図3において、昇圧動作について説明をする。電流i(2)および電流連続モードの波形に示すように、時刻t1〜t4においてIGBT素子Q2Aがオンし、リアクトルL1Aの電流が増加する。図3の設定値IHまで電流i(2)が増加したときに時刻t4においてIGBT素子Q2Aをオフさせる。電位VMは、リアクトルL1Aに流れる電流IHによってほぼ0Vから電圧VHまで上昇する。その際、キャパシタC1Aによって電圧VMの変化速度は遅くなる。電圧VMが上昇する前にIGBT素子Q2Aをオフさせることによりゼロボルトスイッチング(ZVS)が実現され、スイッチング損失を低減させることができる。 First, the operation in the resonance mode in which current continuously flows will be described. The boosting operation will be described with reference to FIGS. As shown in the waveform of current i (2) and continuous current mode, IGBT element Q2A is turned on at times t1 to t4, and the current of reactor L1A increases. When current i (2) increases to set value IH in FIG. 3, IGBT element Q2A is turned off at time t4. Potential VM rises from approximately 0 V to voltage VH by current IH flowing through reactor L1A. At that time, the change rate of the voltage VM is slowed by the capacitor C1A. By turning off the IGBT element Q2A before the voltage VM rises, zero volt switching (ZVS) is realized, and switching loss can be reduced.
電圧VMが電圧VHまで上昇するとダイオードD1Aが導通し正極母線PL2に電流を流し始める。図3では、時刻t4にIGBT素子Q1Aがオンしているが、実際にはIGBT素子Q2Aと、IGBT素子Q1Aとが同時にオンすることを防ぐためのデッドタイム後にIGBT素子Q1Aがオンする。それまでの間電圧VMを電圧VHと等しく保持する必要があり、デッドタイムの間にリアクトルL1Aの電流が0にならないように十分大きな電流IHに設定する必要がある。そのときIGBT素子Q1Aは電圧がかかっていない状態でオンさせるのでゼロボルトスイッチング(ZVS)が実現され、IGBT素子Q1Aにおけるスイッチング素子は発生しない。 When voltage VM rises to voltage VH, diode D1A is turned on and starts to pass current through positive electrode bus PL2. In FIG. 3, IGBT element Q1A is turned on at time t4. Actually, IGBT element Q1A is turned on after a dead time for preventing IGBT element Q2A and IGBT element Q1A from being turned on simultaneously. Until then, the voltage VM needs to be kept equal to the voltage VH, and it is necessary to set the current IH sufficiently large so that the current of the reactor L1A does not become zero during the dead time. At that time, the IGBT element Q1A is turned on in a state where no voltage is applied, so that zero volt switching (ZVS) is realized, and no switching element is generated in the IGBT element Q1A.
その後時刻t4〜t5の間リアクトル電流i(2)は下がっていき、時刻t5において負の設定値ILまで低下したときにIGBT素子Q1Aをオフさせる。以降、IGBT素子Q2Aがオフした際と同様に、スイッチング損失を発生させずにIGBT素子Q1Aをスイッチングすることができる。デッドタイムの間電圧VMを保持するために、設定値ILは十分大きな負の電流値に設定する必要がある。 Thereafter, reactor current i (2) decreases from time t4 to time t5, and IGBT element Q1A is turned off when it falls to negative set value IL at time t5. Thereafter, the IGBT element Q1A can be switched without causing a switching loss, similarly to the case where the IGBT element Q2A is turned off. In order to maintain the voltage VM during the dead time, the set value IL needs to be set to a sufficiently large negative current value.
なお、リアクトルL1Aの平均電流Imは、共振モードでは、ほぼ設定値IHと設定値ILの平均値に等しい(厳密には、設定値IH,ILを検出してIGBT素子Q1A,Q2Aをオフさせるように制御しても、共振によってリアクトルL1Aの電流は若干大きめに振れる)。 In resonance mode, average current Im of reactor L1A is substantially equal to the average value of set value IH and set value IL (strictly speaking, set values IH and IL are detected to turn off IGBT elements Q1A and Q2A. Even if controlled, the current of reactor L1A swings slightly larger due to resonance).
このような動作を行なうため、共振を維持するためには、リアクトルL1Aの平均電流Imが0すなわちバッテリとの電力授受が0であっても、電圧コンバータ内部に電流が流れ、IGBT素子やリアクトルなどに導通損失が発生する。 In order to maintain the resonance in order to perform such an operation, even if the average current Im of the reactor L1A is 0, that is, even if the power transfer with the battery is 0, a current flows inside the voltage converter, and an IGBT element, a reactor, etc. Conduction loss occurs.
次に電流不連続時の動作について説明する。図2および図3の電流i(1)および電流不連続モードの波形を参照して、昇圧動作について説明することとする。この場合、スイッチSW1はオフ状態に設定されている。 Next, the operation when the current is discontinuous will be described. The boosting operation will be described with reference to the current i (1) and the waveform of the current discontinuous mode in FIGS. In this case, the switch SW1 is set to an off state.
まず時刻t1においてIGBT素子Q2Aがオンし、リアクトルL1Aの電流i(1)が増加する。設定値IPまでリアクトル電流i(1)が増加した時刻t2においてIGBT素子Q2Aをオフさせる。電圧VMはリアクトルL1Aに流れる電流i(1)によって電圧VHまで上昇する。電流不連続時の動作では、スイッチSW1をオフさせているので、共振時のソフトスイッチングとは異なりハードスイッチングが行なわれる。したがって、素子に電圧が印加された状態でオフするため、スイッチング損失がIGBT素子Q2Aに発生する。電圧VMが電圧VHに達するとダイオードD1Aが導通し、正極母線PL2に電流を流し始める。 First, IGBT element Q2A is turned on at time t1, and current i (1) of reactor L1A increases. IGBT element Q2A is turned off at time t2 when reactor current i (1) increases to set value IP. Voltage VM rises to voltage VH due to current i (1) flowing through reactor L1A. In the operation when the current is discontinuous, since the switch SW1 is turned off, hard switching is performed unlike soft switching during resonance. Therefore, the switching loss occurs in the IGBT element Q2A because the element is turned off in a state where a voltage is applied to the element. When voltage VM reaches voltage VH, diode D1A is turned on, and starts to flow current through positive electrode bus PL2.
その後リアクトルL1Aに流れる電流i(1)は時刻t2〜t3において低下する。時刻t3において電流i(1)が0になると電圧VMは自然に低下してほぼ電圧VLと一致する。 Thereafter, current i (1) flowing through reactor L1A decreases at times t2 to t3. When the current i (1) becomes 0 at time t3, the voltage VM naturally decreases and substantially coincides with the voltage VL.
時刻t1から時刻t5までの周期でIGBT素子Q2Aは周期的にオンされる。時刻t1,t5,t9において、IGBT素子Q2Aがオンされるときには、リアクトルL1Aの電流i(1)は0であるため、スイッチング損失は発生しない。ゼロ電流スイッチング(ZCS)が実現されている。なお、図3において、電流不連続動作時もIGBT素子Q1AをON−OFFさせているが、ダイオードD1Aに電流が流れるため、動作上は不要である。スイッチング素子にMOSを用いた場合、同期整流となり損失が低減できる。 IGBT element Q2A is periodically turned on in a period from time t1 to time t5. When IGBT element Q2A is turned on at times t1, t5, and t9, current i (1) of reactor L1A is 0, so that no switching loss occurs. Zero current switching (ZCS) has been realized. In FIG. 3, the IGBT element Q1A is turned on and off also during the current discontinuous operation. However, since a current flows through the diode D1A, it is not necessary in operation. When MOS is used for the switching element, loss is reduced due to synchronous rectification.
リアクトルL1Aの平均電流Imと設定値IPとの関係は以下の式(1),(2)で示される。なお、設定値IPを大きくしていくと、時刻t3〜t5に示すようなリアクトルL1Aの電流が0になる期間が存在しなくなり、電流不連続動作が維持できないため、この動作はコンバータを通過する電流が小電流である動作に限定される。 The relationship between the average current Im of the reactor L1A and the set value IP is expressed by the following equations (1) and (2). As the set value IP is increased, there is no period in which the current of the reactor L1A becomes 0 as shown at times t3 to t5, and the current discontinuous operation cannot be maintained, so this operation passes through the converter. It is limited to the operation where the current is a small current.
なお、式(1),(2)においてImはリアクトルL1Aの平均電流を示し、fはIGBT素子Q1AまたはQ2Aをオンさせる周波数を示し、LはリアクトルL1Aのインダクタンスを示す。また、Imは昇圧動作時に正の値、降圧動作時には負の値をとる。 In equations (1) and (2), Im represents the average current of reactor L1A, f represents the frequency at which IGBT element Q1A or Q2A is turned on, and L represents the inductance of reactor L1A. Im takes a positive value during a boost operation and takes a negative value during a step-down operation.
また、設定値IPではなくIGBT素子Q1AまたはQ2Aのオン時間Tonでも平均電流Imは制御可能であり、以下関係式(3),(4)を示す。 Further, the average current Im can be controlled not by the set value IP but also by the ON time Ton of the IGBT element Q1A or Q2A, and the following relational expressions (3) and (4) are shown.
以上のような動作を行なうため、リアクトルの平均電流Imが略0すなわちバッテリとの電力授受が略0の場合には、リアクトルL1Aに電流がほとんど流れず、よって導通損失が少なくなる。時刻t2におけるIGBT素子Q2Aのオフ時には、電流が流れているときにハードスイッチングが行なわれるので、IGBT素子Q2Aにスイッチング損失は発生するが、リアクトル電流が小さい領域においてトータルの損失が大幅に低減する。 Since the operation as described above is performed, when the average current Im of the reactor is substantially 0, that is, when the power exchange with the battery is substantially 0, almost no current flows through the reactor L1A, and thus the conduction loss is reduced. When IGBT element Q2A is turned off at time t2, since hard switching is performed when current flows, switching loss occurs in IGBT element Q2A, but the total loss is greatly reduced in a region where the reactor current is small.
図4は、ハードスイッチングを行ない電流不連続モードでコンバータを制御した場合と共振モードで制御した場合のコンバータ損失を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing converter loss when hard switching is performed and the converter is controlled in the current discontinuous mode and when the converter is controlled in the resonance mode.
図4に示すように、電流がしきい値Ith1よりも小さい場合においては、共振モードにおけるコンバータ損失W(2)の方が電流不連続モードでハードスイッチング動作を行なわせた場合のコンバータ損失W(1)よりも損失が大きくなっている。たとえば電流が0に近い場合には、コンバータ損失W(2)は76Wであるのがこれをハードスイッチングモードで動作させることによりコンバータ損失W(1)=19Wとなり、57Wだけ損失が低減する。 As shown in FIG. 4, when the current is smaller than the threshold value Ith1, the converter loss W (2) in the resonance mode is the converter loss W (when the hard switching operation is performed in the current discontinuous mode. Loss is larger than 1). For example, when the current is close to 0, the converter loss W (2) is 76 W. By operating this in the hard switching mode, the converter loss W (1) = 19 W, and the loss is reduced by 57 W.
なお、図2ではスイッチSW1を設けたが、スイッチSW1をなくしキャパシタC1Aを常にIGBT素子Q2Aと並列接続して使用することも可能な場合がある。これはスイッチSW1をオン状態に制御しておくことと等価である。この場合キャパシタC1Aが常に接続されており、キャパシタC1Aの電荷を充放電する電力がコンバータ損失に上乗せされる。たとえば、VL=200V,VH=650Vで昇圧動作を行なっているときに、IGBT素子Q2Aが導通すると、電圧VL分のキャパシタC1Aに溜まった電荷が放電されてしまう。 In FIG. 2, the switch SW1 is provided. However, the switch SW1 may be eliminated, and the capacitor C1A may always be used in parallel with the IGBT element Q2A. This is equivalent to controlling the switch SW1 to be on. In this case, the capacitor C1A is always connected, and the power for charging / discharging the capacitor C1A is added to the converter loss. For example, when the boosting operation is performed at VL = 200V and VH = 650V, when the IGBT element Q2A becomes conductive, the charge accumulated in the capacitor C1A for the voltage VL is discharged.
この損失Pは、駆動周波数F=10kHz,キャパシタ容量C1A=22nFとして、以下の式(5)で表わされる。 This loss P is expressed by the following equation (5) assuming that the drive frequency F = 10 kHz and the capacitor capacitance C1A = 22 nF.
また、同様の条件で、降圧動作時は次の式(6)に示すように損失が計算できる。 Further, under the same conditions, the loss can be calculated as shown in the following equation (6) during the step-down operation.
すなわち、昇圧動作時で4.4W、降圧動作時で22.3W分の燃費向上ができなくなる。しかし、スイッチSW1を設けてキャパシタC1Aを切離しかつハードスイッチング動作をさせて改善される損失低減分57Wと比べて、上記で計算したキャパシタC1Aを切り離さないことによる22.3Wの損失増加がスイッチSW1のコストやスペース増加と比べて無視できる場合は、スイッチSW1を省略し図3に示したIGBT素子Q1A,Q2Aの導通タイミングの変更だけを行なうことにしてもよい。 That is, the fuel consumption cannot be improved by 4.4 W during the boost operation and 22.3 W during the step-down operation. However, compared with the loss reduction 57W that is improved by providing the switch SW1 and disconnecting the capacitor C1A and performing hard switching operation, the loss increase of 22.3W by not separating the capacitor C1A calculated above is If the increase in cost and space is negligible, the switch SW1 may be omitted and only the conduction timing of the IGBT elements Q1A and Q2A shown in FIG. 3 may be changed.
なお、電流不連続動作は、設定値IPが大きくなるとリアクトルL1Aの電流が0になる期間が消失して電流が連続になってしまうため、以下の式(7)で示す上限がある。なお、実際には、誤差を考慮して小さめの電流値で動作モードの切り替えを行なうべきである。 In the current discontinuous operation, when the set value IP increases, the period in which the current of the reactor L1A is 0 disappears and the current becomes continuous, and thus there is an upper limit expressed by the following formula (7). Actually, the operation mode should be switched with a smaller current value in consideration of the error.
以上のように、小電流時には電流不連続動作を行なわせ、それ以外は共振動作を行なわせることで、低電流時の効率を改善し、燃費の向上をさせることが可能となる(これは、後に説明する図6のステップS1での判断項目に該当する)。 As described above, the current discontinuous operation is performed at a small current, and the resonance operation is performed at other times, thereby improving the efficiency at a low current and improving the fuel consumption (this is This corresponds to the determination item in step S1 of FIG. 6 described later).
続いて、コンバータの通過電流が大電流である場合の問題について説明する。
ハイブリッド車特有の問題として、車両の異常挙動のときにも電圧VHを安定させ、インバータやコンバータの素子を破壊させてはならないという問題がある。たとえば、ブレーキで制動中において路面の状態によりタイヤがロックと回転とを繰返すとき(スリップとグリップを繰返すとき)、インバータは電力の急激な放出や消費を行なう。このような場合は、短時間ではあるがコンバータに異常に大きな(定格の2倍程度)電流が流れる。図2に示した電圧コンバータでは、共振動作をさせると、この電流を流し切るためには、さらにこの2倍のピーク電流をIGBT素子やリアクトルに流さねばならない(図13参照)。このため、IGBT素子やリアクトルが巨大化し電圧コンバータひいては車両がコストアップしてしまう。
Subsequently, a problem when the current passing through the converter is a large current will be described.
As a problem peculiar to the hybrid vehicle, there is a problem that the voltage VH should be stabilized even when the vehicle behaves abnormally and the elements of the inverter and the converter should not be destroyed. For example, when the tire is repeatedly locked and rotated (when slipping and gripping are repeated) depending on the road surface condition during braking with the brake, the inverter suddenly releases and consumes electric power. In such a case, an abnormally large current (about twice the rating) flows through the converter for a short time. In the voltage converter shown in FIG. 2, when the resonance operation is performed, in order to completely pass this current, it is necessary to further flow the double peak current to the IGBT element and the reactor (see FIG. 13). For this reason, an IGBT element and a reactor become enormous and a voltage converter and a vehicle will increase in cost.
車両の搭載スペースや、コストの観点からも、IGBT素子やダイオード素子およびリアクトルは小型であるほうが望ましい。 From the viewpoint of vehicle mounting space and cost, it is desirable that the IGBT element, the diode element, and the reactor are small.
図5は、大電流が流れる際に、共振動作を行なわせた場合の電流i(3)とハードスイッチング動作をさせた場合の電流i(4)とを比較して示した図である。 FIG. 5 is a diagram comparing the current i (3) when the resonance operation is performed and the current i (4) when the hard switching operation is performed when a large current flows.
図5に示すように、共振動作とハードスイッチング動作では平均的には同じ平均電流Imを流しながら、リアクトルL1Aのピーク電流同士を比較すると共振型コンバータとして動作させた場合の電流i(3)のピークに比べてハードスイッチング動作を行なわせた場合のリアクトル電流i(4)のピークは約2分の1になっている。ただし、ハードスイッチング動作を行なわせると、スイッチング損失が大幅に増大し、IGBT素子で発熱が発生し電力の損失が増えてしまう。 As shown in FIG. 5, when the average current Im flows in the resonance operation and the hard switching operation on average, the peak currents of the reactor L1A are compared with each other, and the current i (3) when operated as a resonance converter is compared. The peak of the reactor current i (4) when the hard switching operation is performed compared to the peak is about one half. However, if a hard switching operation is performed, the switching loss increases significantly, heat is generated in the IGBT element, and the power loss increases.
しかしながら、ハイブリッド車の場合、前述のように、大電流が流れるのは異常時の短時間(10ms程度)であり、熱的にも燃費的にも影響は軽微である。よって、スイッチング周波数を高くして大電流時にはハードスイッチング動作に切り替えることで、リアクトルL1Aに流れる電流iのピーク電流を約2分の1に減らすことができ、IGBT素子やリアクトル等の小型化が可能となる。この小型化は、体積では約4分の1となる。 However, in the case of a hybrid vehicle, as described above, a large current flows for a short time (about 10 ms) at the time of abnormality, and the influence is small in terms of heat and fuel consumption. Therefore, the peak current of the current i flowing through the reactor L1A can be reduced to about one-half by switching to the hard switching operation at a high current by increasing the switching frequency, and the IGBT element and the reactor can be downsized. It becomes. This miniaturization is about a quarter in volume.
後に示す図6の制御フローではステップS2の判断がこの判断項目である。
なお、大電流時にハードスイッチングを行なわせる際には、スイッチSW1はオフ状態に制御してキャパシタC1Aを切離す方が損失は低減できる。しかし短時間であるのでスイッチSW1をオン状態にしたままでスイッチング素子のスイッチング周期のみを変更して共振動作からハードスイッチング動作に変更してもよい。
In the control flow of FIG. 6 shown later, the determination in step S2 is this determination item.
When hard switching is performed at a large current, the loss can be reduced by controlling the switch SW1 to the off state and disconnecting the capacitor C1A. However, since it is a short time, only the switching cycle of the switching element may be changed while the switch SW1 is kept on to change from the resonance operation to the hard switching operation.
また、他の効果として、このような異常時余剰電力を電圧コンバータ12が消費して電圧VHや電圧VLの上昇を防止することができる。余剰電力は、バッテリBATに回生されるが、受入れ能力Winには限界がある(たとえば20kW)。このような場合には、電圧コンバータ12をハードスイッチングで動作させ余剰電力の一部を損失させれば、さらに5kW程度はインバータ側の余剰電力をコンバータ側に受入れることができる。
As another effect, the
図6は、実施の形態1における電圧コンバータの制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに、所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。 FIG. 6 is a flowchart for illustrating control of the voltage converter in the first embodiment. The processing of this flowchart is called from a predetermined main routine and executed every predetermined time or every time a predetermined condition is satisfied.
図6を参照して、まずステップS1においてリアクトルL1Aの平均電流の測定値またはモータに対するトルク指令などから算出される電流目標値が小電流か否かが判断される。この判断は図4に示したコンバータ損失がハードスイッチング動作で不連続電流が流れて電流損失が共振動作時よりも低減する境界であるしきい値Ith1に基づいて判断される。なお、誤差を考慮してこのしきい値をやや小さめまたは大きめに設定してもよい。 Referring to FIG. 6, first, in step S1, it is determined whether or not the current target value calculated from the measured value of the average current of reactor L1A or the torque command for the motor is a small current. This determination is made based on the threshold value Ith1, which is a boundary where the converter loss shown in FIG. Note that this threshold may be set slightly smaller or larger in consideration of errors.
ステップS1においてリアクトル電流の平均値または目標値が小電流であると判断された場合にはステップS10に処理が進み、電圧コンバータをハードスイッチング動作モードで動作させる。このときリアクトル電流は図3の電流i(1)に示すような不連続な電流となる。好ましくは、スイッチSW1はオフ状態に制御される。 When it is determined in step S1 that the average value or the target value of the reactor current is a small current, the process proceeds to step S10, and the voltage converter is operated in the hard switching operation mode. At this time, the reactor current becomes a discontinuous current as shown by current i (1) in FIG. Preferably, the switch SW1 is controlled to be in an off state.
一方ステップS1において電流が小電流でないと判断された場合には、ステップS2に処理が進む。 On the other hand, if it is determined in step S1 that the current is not a small current, the process proceeds to step S2.
ステップS2ではリアクトル電流の平均値または目標値が大電流であるか否かが判断される。ステップS2において判断するためのしきい値IthXはステップS1のしきい値Ith1よりも大きな値であり、部品のサイズにより定まる定格電流によって定められる値である。 In step S2, it is determined whether or not the average value or the target value of the reactor current is a large current. The threshold value IthX for determination in step S2 is larger than the threshold value Ith1 in step S1, and is a value determined by the rated current determined by the size of the component.
ステップS2において電流が大電流でないと判断された場合にはステップS3に処理が進み、電流が大電流であると判断された場合にはステップS4に処理が進む。 If it is determined in step S2 that the current is not a large current, the process proceeds to step S3. If it is determined that the current is a large current, the process proceeds to step S4.
ステップS3においては、図3で説明した設定値IH,ILを第1の方法で計算する。一方ステップS4においては、設定値IH,ILを第2の方法で計算する。なお、計算方法については実施の形態2で紹介するマルチフェーズコンバータにおいて詳しく説明する。マルチフェーズコンバータのフェーズ数nを1にすれば実施の形態1における設定値IH,ILが得られる。 In step S3, the set values IH and IL described in FIG. 3 are calculated by the first method. On the other hand, in step S4, set values IH and IL are calculated by the second method. The calculation method will be described in detail in the multiphase converter introduced in the second embodiment. If the number of phases n of the multiphase converter is set to 1, the set values IH and IL in the first embodiment can be obtained.
続いてステップS5では、ステップS3の設定値IH,ILで電圧コンバータ12を動作させた場合に、周波数fが10kHz以下になるか否かが判断される。この10kHzは人間の可聴周波数域の上限値より高ければちょうど10kHzでなくても構わない。
Subsequently, in step S5, it is determined whether or not the frequency f becomes 10 kHz or less when the
同様な判断がステップS6においても行なわれる。ステップS6ではステップS4で算出された設定値IH,ILに基づいて電圧コンバータ12を動作させた場合の周波数fが10kHz以下となるか否かが判断される。
A similar determination is also made in step S6. In step S6, it is determined whether or not the frequency f when the
ステップS5またはステップS6において動作周波数fが10kHz以下となると判断された場合にはコンバータの動作時に騒音が発生することが懸念されるのでステップS9に処理が進み電圧コンバータをハードスイッチングモードで動作させるとともに動作周波数を人間の可聴領域の上限よりも高い周波数(たとえばf=10kHz)に設定する。好ましくはこのときにスイッチSW1をオフ状態に制御する。 If it is determined in step S5 or step S6 that the operating frequency f is 10 kHz or less, there is a concern that noise may be generated during the operation of the converter. Therefore, the process proceeds to step S9 and the voltage converter is operated in the hard switching mode. The operating frequency is set to a frequency (for example, f = 10 kHz) higher than the upper limit of the human audible area. Preferably, at this time, the switch SW1 is controlled to be turned off.
リアクトルなどの電磁騒音防止のためには、スイッチング周波数を可聴周波数(20Hz〜10kHz程度)より高く保つことが有効である。 In order to prevent electromagnetic noise such as a reactor, it is effective to keep the switching frequency higher than the audible frequency (about 20 Hz to 10 kHz).
図6のステップS5およびステップS6において下記の式(8)で算出される周波数fが判定値(ここでは可聴周波数の上限値である10kHz)以下の場合は騒音防止を優先させるため周波数固定のハードスイッチング動作をさせる。 When the frequency f calculated by the following equation (8) in step S5 and step S6 in FIG. 6 is equal to or lower than a determination value (here, 10 kHz which is the upper limit value of the audible frequency), a frequency fixed hardware is given priority to noise prevention. Perform switching operation.
もし式(8)で求められた周波数fが判定値以下の場合には、設定値IH,ILを次式(9),(10),(11)で求めて再設定することでほぼ10kHzの周波数で動作させることができる。 If the frequency f obtained by the equation (8) is equal to or less than the determination value, the set values IH and IL are obtained by the following equations (9), (10), and (11), and reset to approximately 10 kHz. Can be operated at frequency.
なおここでIhysはリアクトルの電流の振幅に関連するヒステリシス幅を示す。
ステップS5において周波数fが10kHz以下ではないと判断された場合には騒音の問題は生じないのでステップS7に処理が進む。ステップS7ではスイッチSW1をオン状態に制御し、電流を電流反転領域が発生するまでリアクトル電流の振幅を増大させた共振モードで電圧コンバータ12を動作させてスイッチング損失の低減を図る。
Here, Ihys indicates a hysteresis width related to the amplitude of the current of the reactor.
If it is determined in step S5 that the frequency f is not less than 10 kHz, no noise problem occurs, and the process proceeds to step S7. In step S7, the switch SW1 is controlled to be in the on state, and the
またステップS6において周波数fが10kHz以下ではないと判断された場合にはステップS8に処理が進む。ステップS8に処理が進んだ場合は先に図5で説明した異常な大電流がごく短時間発生するような場合である。この場合には、スイッチング周波数を変更し電圧コンバータの動作をハードスイッチングモードで動作させ、リアクトル電流を図5のi(4)に示すように流して電流のピーク値を低減させる。スイッチSW1は好ましくはオフ状態にするのがよいが、短時間であるのでオン状態のままにしておいてもよい。 If it is determined in step S6 that the frequency f is not less than 10 kHz, the process proceeds to step S8. When the process proceeds to step S8, the abnormal large current described with reference to FIG. 5 is generated for a very short time. In this case, the switching frequency is changed to operate the voltage converter in the hard switching mode, and the reactor current is allowed to flow as indicated by i (4) in FIG. 5 to reduce the current peak value. The switch SW1 is preferably turned off, but may be left on for a short time.
ステップS7〜S10のいずれかにおいて電圧コンバータ12の動作モードが決定されればステップS11に処理が進み制御はメインルーチンに移される。
If the operation mode of
[実施の形態2]
電圧VL,VHのリップル電流の低減のため、位相をずらせて複数個の電圧コンバータを並列動作させるマルチフェーズコンバータが知られている。
[Embodiment 2]
In order to reduce the ripple currents of the voltages VL and VH, a multi-phase converter is known in which a plurality of voltage converters are operated in parallel by shifting the phase.
図7は、マルチフェーズコンバータを搭載した車両200の構成を示した図である。
図7を参照して、車両200は、図1で説明した車両100の構成において電圧コンバータ12に代えて電圧コンバータ212を含む。電圧コンバータ212は、バッテリBATと負荷であるインバータユニット23との間に並列に接続された電圧コンバータ12A,12Bを含む。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a
Referring to FIG. 7,
電圧コンバータ12Aの構成は、図1と同様であるので説明は繰返さない。電圧コンバータ12Bは、一方端が正極母線PL1に接続されるリアクトルL1Bと、正極母線PL2と負極母線SLとの間に直列に接続されるIGBT素子Q1B,Q2Bと、IGBT素子Q1B,Q2Bにそれぞれ並列に接続されるダイオードD1B,D2Bと、IGBT素子Q1B,Q2Bの接続ノードと負極母線SLとの間に接続されたキャパシタC1Bとを含む。
Since the configuration of
リアクトルL1Bの他方端はIGBT素子Q1BのエミッタおよびIGBT素子Q2Bのコレクタに接続される。ダイオードD1BのカソードはIGBT素子Q1Bのコレクタと接続され、ダイオードD1BのアノードはIGBT素子Q1Bのエミッタと接続される。ダイオードD2BのカソードはIGBT素子Q2Bのコレクタと接続され、ダイオードD2BのアノードはIGBT素子Q2Bのエミッタと接続される。 Reactor L1B has the other end connected to the emitter of IGBT element Q1B and the collector of IGBT element Q2B. The cathode of diode D1B is connected to the collector of IGBT element Q1B, and the anode of diode D1B is connected to the emitter of IGBT element Q1B. The cathode of diode D2B is connected to the collector of IGBT element Q2B, and the anode of diode D2B is connected to the emitter of IGBT element Q2B.
リアクトルL1Aに流れる電流ILAは電流センサ11Aで検出され、リアクトルL1Bに流れる電流ILBは電流センサ11Bで検出される。
Current ILA flowing through reactor L1A is detected by
制御装置230は、トルク指令値TR1,TR2、モータ回転数MRN1,MRN2、電圧VL,VH、電流ILA,ILBの各値、モータ電流値MCRT1,MCRT2および起動指示IGONを受ける。そして制御装置230は、電圧コンバータ12Aに対して駆動信号PWCAを出力し、電圧コンバータ12Bに対して駆動信号PWCBを出力する。
図8は、図7における電圧コンバータ212を抜き出して示した回路図である。
図8を参照して、電圧コンバータ212において正極母線PL1と正極母線PL2との間に電圧コンバータ12A,12Bが並列的に接続されている。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the
Referring to FIG. 8, in
電圧コンバータ12Aは、正極母線PL1に一方端が接続されたリアクトルL1Aと、リアクトルL1Aの他方端と接地ノードとの間に並列接続されるIGBT素子Q2AおよびダイオードD2Aと、リアクトルL1Aの他方端と接地ノードとの間に直列接続されるキャパシタC1AとスイッチSW1とを含む。
電圧コンバータ12Aはさらに、リアクトルL1Aの他方端と正極母線PL2との間に並列接続されるIGBT素子Q1Aと、ダイオードD1Aとを含む。
電圧コンバータ12Bは、正極母線PL1に一方端が接続されるリアクトルL1Bと、リアクトルL1Bの他方端と接地ノードの間に並列接続されるIGBT素子Q2BおよびダイオードD2Bと、リアクトルL1Bの他方端と接地ノードとの間に接続されるキャパシタC1Bとを含む。電圧コンバータ12Bは、電流が小さい場合には動作させないために電圧コンバータ12AのようにスイッチSW1は設けられていない。電圧コンバータ12Bは、さらに、リアクトルL1Bの他方端と正極母線PL2との間に並列接続されるIGBT素子Q1BおよびダイオードD1Bとを含む。
図9は、図8に示したマルチフェーズの電圧コンバータ212の動作モードを変えた場合のコンバータ損失の変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in converter loss when the operation mode of
図8、図9を参照して、波形W(1)は、電圧コンバータ212において電圧コンバータ12Bを停止させ電圧コンバータ12AはスイッチSW1をオフ状態にしハードスイッチング動作を行なわせ電流不連続モードで動作させた場合のコンバータ損失を示す。波形W(2)は、電圧コンバータ212において電圧コンバータ12Bを停止させ電圧コンバータ12AはスイッチSW1をオン状態に制御し共振動作を行なわせた場合のコンバータ損失を示す。
Referring to FIGS. 8 and 9, waveform W (1) indicates that
波形W(3)は、電圧コンバータ212において、電圧コンバータ12Aおよび12Bをマルチフェーズで動作させ、スイッチSW1はオン状態に制御し共振動作をさせた場合のコンバータ損失を示す。
Waveform W (3) represents converter loss when
電流値Ith3より電流が多い領域では、波形W(3)のマルチフェーズ動作の方が損失は少ない。 In the region where the current is larger than the current value Ith3, the loss is smaller in the multiphase operation of the waveform W (3).
一方、電流値Ith1よりも電流が小さい領域では、シングルフェーズ動作の電流不連続動作の波形W(1)がコンバータ損失は一番少ない。なお、電流値Ith1〜Ith3の領域では波形W(2)のコンバータ損失が一番小さくなっている。 On the other hand, in the region where the current is smaller than the current value Ith1, the waveform W (1) of the current discontinuous operation in the single phase operation has the least converter loss. In the region of current values Ith1 to Ith3, the converter loss of waveform W (2) is the smallest.
したがって、マルチフェーズコンバータにおいては、小電流の場合にはシングルフェーズ動作に切り替え電流不連続モードで動作させることがよい。最も好ましくは、電流値がIth1よりも小さい領域ではハードスイッチングのシングルフェーズ動作を実行させ、電流値がIth1〜Ith3の領域ではシングルフェーズかつ共振モードの動作をさせ、電流値がIth3より大きい場合にはマルチフェーズ動作の共振動作を行なわせるのが、コンバータ損失が一番低くなってよい。なお制御が複雑になるので、たとえば、電流値がIth2以下ではハードスイッチングかつシングルフェーズ動作を行なわせ、電流値がIth2以上の場合にはマルチフェーズかつ共振モードで動作を行なわせてもよい。 Therefore, the multi-phase converter is preferably operated in the current discontinuous mode by switching to the single phase operation when the current is small. Most preferably, when the current value is smaller than Ith1, single phase operation of hard switching is executed, and when the current value is Ith1 to Ith3, single phase and resonance mode operation is performed, and the current value is larger than Ith3. In this case, the resonance loss of the multi-phase operation is performed, and the converter loss may be the lowest. Since the control becomes complicated, for example, hard switching and single phase operation may be performed when the current value is Ith2 or less, and multiphase and resonance mode operation may be performed when the current value is Ith2 or more.
また電流が小さい場合に停止させるコンバータを電圧コンバータ12Bに決めておけば、電圧コンバータ12Bは共振モードでしか動かさないので、キャパシタC1Bに直列に挿入するスイッチは不要である。
Further, if the converter to be stopped when the current is small is determined to be the
図10は、マルチフェーズコンバータにおいて制御装置230で実行される制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに、所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。
FIG. 10 is a flowchart for illustrating control executed by
図10を参照して、まずステップS21においてコンバータ12の平均電流の測定値またはモータに対するトルク指令などから算出される電流目標値が小電流か否かが判断される。この判断は図9に示したコンバータ損失がハードスイッチング動作で不連続電流が流れて電流損失がマルチフェーズの共振動作時よりも低減する境界であるしきい値Ith2に基づいて判断される。なお、誤差を考慮してこのしきい値をやや小さめまたは大きめに設定してもよい。
Referring to FIG. 10, first in step S21, it is determined whether or not the current target value calculated from the measured value of the average current of
ステップS21においてリアクトル電流の平均値または目標値が小電流であると判断された場合にはステップS30に処理が進み、電圧コンバータ212をシングルフェーズかつハードスイッチング動作モードで動作させる。このときリアクトル電流は図3の電流i(1)に示すような不連続な電流となる。好ましくは、スイッチSW1はオフ状態に制御される。
If it is determined in step S21 that the average value or the target value of the reactor current is a small current, the process proceeds to step S30, and the
ステップS30で実行される電流不連続動作では、動作周波数fの判定値(ここでは10kHz)のマルチフェーズの数の倍数(2層マルチフェーズなら2倍の20kHz、3層マルチフェーズならば3倍の30kHz)の周波数で動作させる。これはマルチフェーズ時とリップルの最低周波数を等しくするためである。 In the current discontinuous operation executed in step S30, a multiple of the number of multiphases of the determination value of the operating frequency f (10 kHz in this case) (twice 20 kHz for 2-layer multiphase and 3 times for 3-layer multiphase). 30 kHz). This is to make the minimum frequency of ripples equal to that in multiphase.
なお、動作周波数の下限値を決めておく効果として以下の効果がある。
一般に、コンバータの前後には平滑のためのコンデンサが設けられるが、このコンデンサ、ワイヤハーネスのインダクタンスとは共振点を持つ。その共振周波数に近いリップル電流が流れ込むと大きな電流、電圧振動を発生し、電圧コンバータは発熱し破壊を起こす。電圧コンバータの動作周波数を最低周波数以上の保つことで、常にリップル周波数を共振点よりも高周波に保ちコンバータの破壊を防止することができる。
Note that the following effects can be obtained by determining the lower limit value of the operating frequency.
In general, a smoothing capacitor is provided before and after the converter. The inductance of the capacitor and the wire harness has a resonance point. When a ripple current close to the resonance frequency flows, a large current and voltage oscillation occur, and the voltage converter generates heat and breaks down. By keeping the operating frequency of the voltage converter above the minimum frequency, the ripple frequency can always be higher than the resonance point to prevent the converter from being destroyed.
一方ステップS21において電流が小電流でないと判断された場合には、ステップS22に処理が進む。 On the other hand, if it is determined in step S21 that the current is not a small current, the process proceeds to step S22.
ステップS22ではリアクトル電流の平均値または目標値が大電流であるか否かが判断される。ステップS22において判断するためのしきい値IthXはステップS21のしきい値Ith2よりも大きな値であり、部品のサイズにより定まる定格電流によって定められる値である。 In step S22, it is determined whether or not the average value or the target value of the reactor current is a large current. The threshold value IthX for determination in step S22 is larger than the threshold value Ith2 in step S21 and is a value determined by the rated current determined by the size of the component.
ステップS22において電流が大電流でないと判断された場合にはステップS23に処理が進み、電流が大電流であると判断された場合にはステップS24に処理が進む。 If it is determined in step S22 that the current is not a large current, the process proceeds to step S23, and if it is determined that the current is a large current, the process proceeds to step S24.
ステップS23においては、図3で説明した設定値IH,ILを第1の方法で計算する。一方ステップS24においては、設定値IH,ILを第2の方法で計算する。 In step S23, the set values IH and IL described in FIG. 3 are calculated by the first method. On the other hand, in step S24, set values IH and IL are calculated by the second method.
図11は、図10のステップS23で計算される設定値IH,ILの計算値が平均電流Im/nが変化するに応じてどのように変化するかを示した図である。 FIG. 11 is a diagram showing how the calculated values of the set values IH and IL calculated in step S23 of FIG. 10 change as the average current Im / n changes.
図10、図11を参照して、ステップS23においては、次の式に従ってIp,Inを求める。 Referring to FIGS. 10 and 11, in step S23, Ip and In are obtained according to the following equations.
Ip=(2×Im)/n−Irn
In=(2×Im)/n−Irp
なおnはマルチフェーズ数を示し、Irn,Irpは共振させるための逆電流を示す。電圧VHと電圧VLとデッドタイムでIrn,Irpは決定される。デッドタイム間、電圧を保持させるため、IrnはVHに比例させ、Irpは(VH−VL)に比例させる。Irn,Irpは必ずしも同じ値とはならない。そして設定値IHはIrpとIpの大きい方に設定される。また設定値ILは、IrnとInの小さい方に設定される。
Ip = (2 × Im) / n−Irn
In = (2 * Im) / n-Irp
Note that n indicates the number of multiphases, and Irn and Irp indicate reverse currents for resonance. Irn and Irp are determined by the voltage VH, the voltage VL, and the dead time. In order to hold the voltage during the dead time, Irn is proportional to VH, and Irp is proportional to (VH−VL). Irn and Irp are not necessarily the same value. The set value IH is set to the larger of Irp and Ip. The set value IL is set to the smaller of Irn and In.
図12は、図10のステップS24において計算される設定値IH,ILの計算値が、平均電流Im/nが変化するに応じてどのように変化するかを示した図である。 FIG. 12 is a diagram showing how the calculated values of the set values IH and IL calculated in step S24 of FIG. 10 change as the average current Im / n changes.
図10、図12を参照して、ステップS24においては設定値IH,ILは次の式で計算される。 Referring to FIGS. 10 and 12, in step S24, set values IH and IL are calculated by the following equations.
IH=(Im+Iex)/n−Is
IL=(Im−Iex)/n+Is
なお、IexはステップS22における大電流の判定値を示し、Isはリアクトル電流が逆に振れないガード値を示す。
IH = (Im + Iex) / n-Is
IL = (Im-Iex) / n + Is
Note that Iex indicates a determination value of a large current in step S22, and Is indicates a guard value that prevents the reactor current from being reversed.
続いてステップS25では、ステップS23の設定値IH,ILで電圧コンバータ212を動作させた場合に、周波数fが10kHz以下になるか否かが判断される。この10kHzは人間の可聴周波数域の上限値より高ければちょうど10kHzでなくても構わない。
Subsequently, in step S25, it is determined whether or not the frequency f becomes 10 kHz or less when the
同様な判断がステップS26においても行なわれる。ステップS26ではステップS24で算出された設定値IH,ILに基づいて電圧コンバータ212を動作させた場合の周波数fが10kHz以下となるか否かが判断される。
A similar determination is also made in step S26. In step S26, it is determined whether or not the frequency f when the
ステップS25またはステップS26において動作周波数fが10kHz以下となると判断された場合にはコンバータ212の動作時に騒音が発生することが懸念されるのでステップS28に処理が進み電圧コンバータをマルチフェーズかつハードスイッチングモードで動作させるとともに動作周波数を人間の可聴領域の下限よりも高い周波数(たとえばf=10kHz)に設定する。好ましくはこのときにスイッチSW1をオフ状態に制御する。
If it is determined in step S25 or step S26 that the operating frequency f is 10 kHz or less, there is a concern that noise may occur during the operation of the
リアクトルなどの電磁騒音防止のためには、スイッチング周波数を可聴周波数(20Hz〜10kHz程度)より高く保つことが有効である。 In order to prevent electromagnetic noise such as a reactor, it is effective to keep the switching frequency higher than the audible frequency (about 20 Hz to 10 kHz).
図10のステップS25およびステップS26において既出の式(8)で算出される周波数fが判定値(ここでは可聴周波数の上限値である10kHz)以下の場合は騒音防止を優先させるため周波数固定のハードスイッチング動作をさせる。 When the frequency f calculated by the above-described equation (8) in step S25 and step S26 in FIG. 10 is equal to or lower than the determination value (here, 10 kHz which is the upper limit value of the audible frequency), the frequency-fixed hardware is given priority to noise prevention Perform switching operation.
もし式(8)で求められた周波数fが判定値以下の場合には、設定値IH,ILを次式(12),(13)で求めて再設定することでほぼ10kHzの周波数で動作させることができる。 If the frequency f obtained by the equation (8) is equal to or less than the determination value, the setting values IH and IL are obtained by the following equations (12) and (13) and reset to operate at a frequency of approximately 10 kHz. be able to.
なおここでIhysはリアクトルの電流の振幅に関連するヒステリシス幅を示し、既出の式(9)で求められる。 Here, Ihys indicates a hysteresis width related to the amplitude of the current of the reactor, and is obtained by the above-described equation (9).
ステップS25において周波数fが10kHz以下ではないと判断された場合には騒音の問題は生じないのでステップS27に処理が進む。ステップS27ではスイッチSW1をオン状態に制御し、電流を電流反転領域が発生するまでリアクトル電流の振幅を増大させた共振モードかつマルチフェーズで電圧コンバータ212を動作させてスイッチング損失の低減を図る。
If it is determined in step S25 that the frequency f is not less than 10 kHz, no noise problem occurs, and the process proceeds to step S27. In step S27, the switch SW1 is controlled to be in an ON state, and the switching loss is reduced by operating the
またステップS26において周波数fが10kHz以下ではないと判断された場合にはステップS29に処理が進む。ステップS29に処理が進んだ場合は先に図5で説明した異常な大電流がごく短時間発生するような場合である。この場合には、マルチフェーズかつスイッチング周波数を変更し電圧コンバータの動作をハードスイッチングモードで動作させ、リアクトル電流を図5のi(4)に示すように流して電流のピーク値を低減させる。スイッチSW1は好ましくはオフ状態にするのがよいが、短時間であるのでオン状態のままにしておいてもよい。 If it is determined in step S26 that the frequency f is not less than 10 kHz, the process proceeds to step S29. When the process proceeds to step S29, the abnormal large current described with reference to FIG. 5 is generated for a very short time. In this case, the voltage converter is operated in the hard switching mode by changing the multiphase and switching frequency, and the reactor current is caused to flow as shown in i (4) of FIG. 5 to reduce the peak value of the current. The switch SW1 is preferably turned off, but may be left on for a short time.
ステップS27〜S30のいずれかにおいて電圧コンバータ212の動作モードが決定されればステップS31に処理が進み制御はメインルーチンに移される。
If the operation mode of
このように、本発明の実施の形態によれば、小型で、小電流域で効率がよいハイブリッド車用コンバータが構成できる。 Thus, according to the embodiment of the present invention, it is possible to configure a hybrid vehicle converter that is small in size and efficient in a small current region.
最後に再度図1等を参照して本実施の形態について総括する。本実施の形態の電圧コンバータは、直流電源(バッテリBAT)と負荷(インバータユニット23)との間に接続され、共振モードとハードスイッチングモードとを切り替えて動作可能な電圧コンバータ12であって、第1コンバータ12Aを備える。第1コンバータ12Aは、リアクトルL1Aと、リアクトルL1Aに接続された第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)とを含む。電圧コンバータ12は、第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)のオン・オフ制御を行なう制御部(制御装置30)をさらに備える。制御部(制御装置30)は、電圧コンバータ12を通過する電流値または電流値の目標値に応じて、共振モードおよびハードスイッチングモードのいずれか一方を選択して、選択したモードを実現するように第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)を制御する。
Finally, this embodiment will be summarized with reference to FIG. 1 again. The voltage converter of the present embodiment is a
好ましくは、第1コンバータ12Aは、少なくとも共振モードにおいて第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)と並列接続されるキャパシタC1Aをさらに含む。
Preferably,
より好ましくは、第1コンバータ12Aは、キャパシタC1Aを第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)に並列に接続する経路上に設けられるスイッチSW1をさらに含む。制御部(制御装置30)は、共振モードにおいてスイッチSW1を導通状態に制御し、ハードスイッチングモードでは、スイッチSW1を非導通状態に制御する。
More preferably, the
好ましくは、リアクトルL1Aの一端は直流電源(バッテリBAT)の正極に接続される。第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)は、リアクトルの他端と直流電源(バッテリBAT)の負極との間に接続される。第1コンバータ12Aは、リアクトルL1Aの他端と負荷(インバータユニット23)との間に接続される第2のスイッチング素子(IGBT素子Q1A)をさらに備える。
Preferably, one end of reactor L1A is connected to the positive electrode of a DC power supply (battery BAT). The first switching element (IGBT element Q2A) is connected between the other end of the reactor and the negative electrode of the DC power supply (battery BAT).
好ましくは、図6に示すように、制御部(制御装置30)は、ハードスイッチングモードで動作させるとリアクトルL1Aに電流が流れない期間が周期的に生ずる電流値の上限値より小さく定められる第1のしきい値Ith1を境界値として、電流値または目標値が第1のしきい値Ith1より小さい場合には(ステップS1でYES)ハードスイッチングモードを選択し(ステップS10)、電流値または目標値が第1のしきい値Ith1より大きい場合には(ステップS1でNO)共振モードを選択するように(ステップS7)、動作モードを切り替える。この場合、図6のステップS2,S5,S6の判断は必ずしも行なわなくても良く、ステップS1で小電流であった場合、直ちにステップS7の共振モードを選択するようにしても良い。 Preferably, as shown in FIG. 6, when the control unit (control device 30) is operated in the hard switching mode, the period during which no current flows through reactor L1A is determined to be smaller than the upper limit value of the current value that periodically occurs. When the current value or target value is smaller than the first threshold value Ith1 (YES in step S1), the hard switching mode is selected (step S10), and the current value or target value is set. Is greater than the first threshold value Ith1 (NO in step S1), the operation mode is switched so as to select the resonance mode (step S7). In this case, the determinations in steps S2, S5, and S6 in FIG. 6 are not necessarily performed. If there is a small current in step S1, the resonance mode in step S7 may be selected immediately.
より好ましくは、図6に示すように、制御部(制御装置30)は、第1のしきい値Ith1よりも大きい第2のしきい値IthXを境界値として、電流値または目標値が第2のしきい値IthXより小さい場合には(ステップS2でNO)共振モードを選択し(ステップS7)、電流値または目標値が第2のしきい値IthXより大きい場合には(ステップS2でYES)ハードスイッチングモードを選択するように(ステップS8)、動作モードを切り替える。この場合、図6のステップS5,S6の判断は必ずしも行なわなくても良く、ステップS2で大電流であった場合はステップS8のハードスイッチングモードを直ちに選択し、ステップS2で大電流でなかった場合はステップS7の共振モードを直ちに選択するようにしても良い。 More preferably, as shown in FIG. 6, the control unit (control device 30) sets the current value or the target value to the second value with the second threshold value IthX larger than the first threshold value Ith1 as the boundary value. If it is smaller than the threshold value IthX (NO in step S2), the resonance mode is selected (step S7). If the current value or the target value is larger than the second threshold value IthX (YES in step S2). The operation mode is switched so as to select the hard switching mode (step S8). In this case, the determinations in steps S5 and S6 in FIG. 6 are not necessarily performed. If there is a large current in step S2, the hard switching mode in step S8 is immediately selected, and the large current is not detected in step S2. May immediately select the resonance mode of step S7.
好ましくは、図6でステップS1,S5,S6の判断をせずに、ステップS2の判断のみを行なっても良く、この場合、制御部(制御装置30)は、所定のしきい値IthXを境界値として、電流値または目標値が所定のしきい値IthXより小さい場合にはステップS7で共振モードを選択し、電流値または目標値が所定のしきい値IthXより大きい場合にはステップS8でハードスイッチングモードを選択するように、動作モードを切り替える。 Preferably, only the determination of step S2 may be performed without the determination of steps S1, S5, and S6 in FIG. 6, and in this case, the control unit (control device 30) sets a predetermined threshold value IthX as a boundary. If the current value or the target value is smaller than the predetermined threshold value IthX, the resonance mode is selected in step S7. If the current value or the target value is larger than the predetermined threshold value IthX, the hardware is selected in step S8. The operation mode is switched so as to select the switching mode.
好ましくは、図7に示すように、電圧コンバータ212は、第1コンバータ12Aと並列的に直流電源(バッテリBAT)と負荷(インバータユニット23)との間に設けられる第2コンバータ12Bをさらに備える。図10に示すように、制御部(制御装置30)は、電流値または目標値に応じて、第1、第2のコンバータ12A,12Bのいずれか一方を動作させ他方を休止させるシングルモードと第1、第2のコンバータ12A,12Bの両方とも動作させるマルチモードのいずれかを選択する。そして、制御部(制御装置30)は、たとえば、図10のステップS27〜S30に示すように、選択したシングルモード、マルチモードのいずれかと選択した共振モードとハードスイッチングモードのいずれかとの組合せに基づいて第1、第2コンバータ12A,12Bを制御する。
Preferably, as shown in FIG. 7,
好ましくは、制御部(制御装置30)は、電圧コンバータ12を通過する電流値または電流値の目標値に応じて、共振モードおよびハードスイッチングモードの一方を選択して、選択したモードを実現するように(ステップS1,S2;S21,S22)、かつ第1のスイッチング素子のスイッチング周波数が所定周波数(たとえば可聴周波数上限)より高くなるように(ステップS5,S6;S25,S26)、第1のスイッチング素子(IGBT素子Q2A)を制御する。
Preferably, the control unit (control device 30) selects one of the resonance mode and the hard switching mode according to the current value passing through the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2 車輪、3 動力分割機構、4 エンジン、10,13 電圧センサ、11,24,25 電流センサ、12,12A,12B,212 コンバータ、14,22 インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、23 インバータユニット、30,230 制御装置、100,200 車両、BAT バッテリ、C1A,C1B キャパシタ、C2 平滑用コンデンサ、D1A,D1B,D2A,D2B,D3〜D8 ダイオード、L1A,L1B リアクトル、MG1,MG2 モータジェネレータ、PL1,PL2 正極母線、Q1A,Q1B,Q2A,Q2B,Q3〜Q8 IGBT素子、SL 負極母線、SW1 スイッチ。 2 wheel, 3 power split mechanism, 4 engine, 10, 13 voltage sensor, 11, 24, 25 current sensor, 12, 12A, 12B, 212 converter, 14, 22 inverter, 15 U phase arm, 16 V phase arm, 17 W-phase arm, 23 inverter unit, 30, 230 control device, 100, 200 vehicle, BAT battery, C1A, C1B capacitor, C2 smoothing capacitor, D1A, D1B, D2A, D2B, D3-D8 diode, L1A, L1B reactor, MG1, MG2 motor generator, PL1, PL2 positive bus, Q1A, Q1B, Q2A, Q2B, Q3-Q8 IGBT element, SL negative bus, SW1 switch.
Claims (10)
第1コンバータを備え、前記第1コンバータは、
リアクトルと、
前記リアクトルに接続された第1のスイッチング素子とを含み、
前記電圧コンバータは、
前記第1のスイッチング素子のオン・オフ制御を行なう制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧コンバータを通過する電流値または前記電流値の目標値に応じて、前記共振モードおよび前記ハードスイッチングモードのいずれか一方を選択して、選択したモードを実現するように前記第1のスイッチング素子を制御する、電圧コンバータ。 A voltage converter that is connected between a DC power source and a load and that can operate by switching between a resonance mode and a hard switching mode,
A first converter, the first converter comprising:
Reactor,
A first switching element connected to the reactor,
The voltage converter is
A control unit that performs on / off control of the first switching element;
The control unit selects either the resonance mode or the hard switching mode according to a current value passing through the voltage converter or a target value of the current value so as to realize the selected mode. A voltage converter for controlling the first switching element.
少なくとも前記共振モードにおいて前記第1のスイッチング素子と並列接続されるキャパシタをさらに含む、請求項1に記載の電圧コンバータ。 The first converter includes:
The voltage converter according to claim 1, further comprising a capacitor connected in parallel with the first switching element in at least the resonance mode.
前記キャパシタを前記第1のスイッチング素子に並列に接続する経路上に設けられるスイッチをさらに含み、
前記制御部は、前記共振モードにおいて前記スイッチを導通状態に制御し、前記ハードスイッチングモードでは、前記スイッチを非導通状態に制御する、請求項2に記載の電圧コンバータ。 The first converter includes:
A switch provided on a path connecting the capacitor in parallel with the first switching element;
The voltage converter according to claim 2, wherein the control unit controls the switch to a conductive state in the resonance mode, and controls the switch to a non-conductive state in the hard switching mode.
前記第1のスイッチング素子は、前記リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に接続され、
前記第1コンバータは、
前記リアクトルの前記他端と前記負荷との間に接続される第2のスイッチング素子をさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電圧コンバータ。 One end of the reactor is connected to the positive electrode of the DC power source,
The first switching element is connected between the other end of the reactor and a negative electrode of the DC power source,
The first converter includes:
The voltage converter according to claim 1, further comprising a second switching element connected between the other end of the reactor and the load.
前記第1コンバータと並列的に前記直流電源と前記負荷との間に設けられる第2コンバータをさらに備え、
前記制御部は、前記電流値または前記目標値に応じて、前記第1、第2のコンバータのいずれか一方を動作させ他方を休止させるシングルモードと前記第1、第2のコンバータの両方とも動作させるマルチモードのいずれかを選択し、選択した前記シングルモード、前記マルチモードのいずれかと選択した共振モードとハードスイッチングモードのいずれかとの組合せに基づいて前記第1、第2コンバータを制御する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電圧コンバータ。 The voltage converter is
A second converter provided between the DC power source and the load in parallel with the first converter;
The control unit operates both the single mode and the first and second converters that operate one of the first and second converters and pause the other according to the current value or the target value. Selecting one of the multimodes to be controlled, and controlling the first and second converters based on a combination of the selected single mode, the multimode, and any of the selected resonance mode and hard switching mode. Item 8. The voltage converter according to any one of Items 1 to 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008272848A JP2010104139A (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Voltage converter and vehicle mounting it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008272848A JP2010104139A (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Voltage converter and vehicle mounting it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010104139A true JP2010104139A (en) | 2010-05-06 |
Family
ID=42294245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008272848A Withdrawn JP2010104139A (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Voltage converter and vehicle mounting it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010104139A (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012019683A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-26 | Valeo Systemes De Controle Moteur | Closed-loop control method for dc-dc voltage converter comprising plurality of interleaved output stages operating in zero-voltage switching mode |
WO2012053067A1 (en) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle control device and control method |
JP2012210138A (en) * | 2011-03-11 | 2012-10-25 | Denso Corp | Voltage conversion circuit, and voltage conversion system having the same |
KR20120124815A (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-14 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
KR20120124814A (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-14 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
JP2016027709A (en) * | 2011-08-16 | 2016-02-18 | クアルコム,インコーポレイテッド | Class e amplifier overload detection and prevention |
WO2016065119A1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | General Electric Company | System and method for motor system control |
JP2016100936A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
WO2017016747A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating an electric system |
WO2017213030A1 (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 株式会社村田製作所 | Power conversion device |
EP3474432A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive device |
DE102018217715A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | POWER SUPPLY DEVICE |
-
2008
- 2008-10-23 JP JP2008272848A patent/JP2010104139A/en not_active Withdrawn
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012019683A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-26 | Valeo Systemes De Controle Moteur | Closed-loop control method for dc-dc voltage converter comprising plurality of interleaved output stages operating in zero-voltage switching mode |
WO2012053067A1 (en) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle control device and control method |
CN103181069A (en) * | 2010-10-20 | 2013-06-26 | 丰田自动车株式会社 | Vehicle control device and control method |
JP5545372B2 (en) * | 2010-10-20 | 2014-07-09 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle control apparatus and control method |
US9035489B2 (en) | 2010-10-20 | 2015-05-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for vehicle |
JP2012210138A (en) * | 2011-03-11 | 2012-10-25 | Denso Corp | Voltage conversion circuit, and voltage conversion system having the same |
US8884564B2 (en) | 2011-03-11 | 2014-11-11 | Denso Corporation | Voltage converter and voltage converter system including voltage converter |
KR101631085B1 (en) * | 2011-05-04 | 2016-06-16 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
KR20120124815A (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-14 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
KR20120124814A (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-14 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
KR101695693B1 (en) * | 2011-05-04 | 2017-01-12 | 엘지전자 주식회사 | Electric vehicle and operating method of the same |
JP2016027709A (en) * | 2011-08-16 | 2016-02-18 | クアルコム,インコーポレイテッド | Class e amplifier overload detection and prevention |
WO2016065119A1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | General Electric Company | System and method for motor system control |
US10384559B2 (en) | 2014-10-22 | 2019-08-20 | Ge Global Sourcing Llc | System and method for motor system control |
JP2016100936A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
WO2017016747A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating an electric system |
WO2017213030A1 (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 株式会社村田製作所 | Power conversion device |
EP3474432A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive device |
DE102018217715A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | POWER SUPPLY DEVICE |
US10778100B2 (en) | 2017-10-23 | 2020-09-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply device |
US10784782B2 (en) | 2017-10-23 | 2020-09-22 | Denso Corporation | Drive device |
DE102018217715B4 (en) | 2017-10-23 | 2022-09-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | POWER SUPPLY DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010104139A (en) | Voltage converter and vehicle mounting it | |
US8884564B2 (en) | Voltage converter and voltage converter system including voltage converter | |
KR101066529B1 (en) | Power supply and vehicle having same | |
US9166415B2 (en) | AC link bidirectional DC-DC converter, hybrid power supply system using the same and hybrid vehicle | |
JP5118913B2 (en) | Power supply system, electric vehicle equipped with the same, and control method of power supply system | |
JP5686131B2 (en) | Power converter | |
JP6026093B2 (en) | Power system | |
CN108482102B (en) | Hybrid power driving system | |
US20120013182A1 (en) | Power source system for electric powered vehicle and control method therefor | |
WO2018105323A1 (en) | Drive system | |
WO2013061731A1 (en) | Control device and control method for power converter | |
WO2011101959A1 (en) | Power supply device | |
CN103843239B (en) | Voltage conversion device control device and method | |
JP5303030B2 (en) | Control device for voltage converter, vehicle equipped with the same, and control method for voltage converter | |
JP2012005279A (en) | Power converter | |
JP2007244124A (en) | Vehicle drive power supply system | |
JP4858494B2 (en) | Vehicle power supply apparatus and control method thereof | |
JP2013102595A (en) | Power system | |
JP2012070502A (en) | Power control unit to be mounted on vehicle | |
JP2013106474A (en) | Power supply for electric vehicle | |
JP2010074885A (en) | Power supply system and control method therefor | |
JP2009232655A (en) | Voltage converter and device and method for controlling voltage converter | |
JP2004015895A (en) | Electric load drive | |
JP2010115056A (en) | Power supply system and vehicle | |
JP2007252074A (en) | Power conversion device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110217 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120125 |