JP2011167011A - Dc-dc converter system - Google Patents
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Abstract
【課題】DCDCコンバータシステムにおいて、負荷電力の変動に追従可能とすることである。
【解決手段】回転電機駆動システム10は、回転電機12に接続されるインバータ装置14、蓄電装置16、蓄電装置16とインバータ装置14との間に設けられるDCDCコンバータ本体部20と、DCDCコンバータ制御部40とを含んで構成される。DCDCコンバータ制御部40の除算器68は負荷電力値PとVLとを入力としP/VL=IBを算出する。微分器70にはIBが入力されdIB/dtを算出する。除算器72はインダクタンス値Lと出力電圧指令値VH *が入力されL/VH *を算出する。乗算器74はL/VH *とdIB/dtとを入力として(L/VH *)×(dIB/dt)=duty3を算出する。このduty3によって定常デューティ比duty2が補正される。
【選択図】図1In a DCDC converter system, it is possible to follow fluctuations in load power.
A rotating electrical machine drive system includes an inverter device connected to a rotating electrical machine, a power storage device, a DCDC converter main body provided between the power storage device and the inverter device, and a DCDC converter control unit. 40. The DCDC converter control unit 40 divider 68 as an input and a load power values P and V L to calculate the P / V L = I B. I B is input to the differentiator 70 and dI B / dt is calculated. Divider 72 is inputted with the inductance L the output voltage command value V H * to calculate the L / V H *. The multiplier 74 inputs L / V H * and dI B / dt and calculates (L / V H * ) × (dI B / dt) = duty3. The steady duty ratio duty2 is corrected by this duty3.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、DCDCコンバータシステムに係り、特に蓄電装置と負荷駆動装置との間に設けられ、出力電圧指令値に基づいてスイッチング素子のデューティ比を制御して電圧変換を行うDCDCコンバータシステムに関する。 The present invention relates to a DCDC converter system, and more particularly to a DCDC converter system that is provided between a power storage device and a load driving device and performs voltage conversion by controlling a duty ratio of a switching element based on an output voltage command value.
2次電池等の蓄電装置から駆動状態にある負荷駆動回路に対し電力を供給し、あるいは逆に回生状態にある負荷駆動回路から蓄電装置に電力を供給する装置として、昇降圧を行う電圧変換器が用いられる。この電圧変換器は、直流電力の電圧を変更する機能を有することから、DCDCコンバータとも呼ばれる。 A voltage converter that performs step-up / step-down as a device that supplies power from a power storage device such as a secondary battery to a load drive circuit in a drive state, or conversely supplies power from a load drive circuit in a regeneration state to the power storage device Is used. Since this voltage converter has a function of changing the voltage of DC power, it is also called a DCDC converter.
例えば、特許文献1には、昇圧コンバータ制御装置として、スイッチング素子の切り替えに要するデッドタイムTdがあり、電流経路が変動する場合には、出力電圧が大きく変動し、インバータの制御範囲を超えてしまう課題があることが指摘されている。そこで、出力電圧を検出し、その出力電圧と目標電圧の差である電圧偏差に応じてデューティ比を制御することを基本とし、インバータ出力電力値を演算によって求め、これを比較器で所定値と比較することでコンバータの電流経路を判断し、電流の流れる方向に応じデューティ指令値からデッドタイム分τd=Td/(TON+TOFF)を増減して補正することが開示されている。このように、電圧フィードバックを基本とし、電流センサを用いずに、デッドタイム補償を行うことで、無負荷、力行または回生等の負荷の急激な変動に対して安定かつ高速に対応できると述べられている。
For example,
また、特許文献2には、2次電池と降圧チョッパ回路とインバータとモータとを利用したエレベータシステムが開示されているが、その従来技術として、モータと接続されるインバータの入力部平滑コンデンサの端子間電圧Vdcがある設定レベルVcn2以上となったときに、入力部平滑コンデンサの端子間電圧VdcがVcn2以下の予め定めた設定電圧Vrefとなるように、降圧チョッパ回路のゲートドライバのPWM電圧制御を行うDCリアクトル制御系が述べられている。 Patent Document 2 discloses an elevator system using a secondary battery, a step-down chopper circuit, an inverter, and a motor. As a conventional technique, a terminal of an input unit smoothing capacitor of an inverter connected to the motor is disclosed. The gate driver of the step-down chopper circuit so that the inter-terminal voltage V dc of the input unit smoothing capacitor becomes a predetermined set voltage V ref of V cn2 or less when the inter-voltage V dc becomes a certain set level V cn2 or more A DC reactor control system that performs PWM voltage control is described.
そして、この従来技術のPWM電圧制御の内容として、DCリアクトルの電流制御系をマイナーループとして設けることが述べられている。すなわち、VdcとVrefとを比較し、その差分を比例積分要素に入力し、比例積分要素の出力に対してリミッタにより上限リミットを与えた信号を、降圧チョッパ回路のDCリアクトルの電流制御系の電流指令値とする。そして、この電流指令値をDCリアクトルの電流検出値と比較し、その差分を比例積分要素に入力し、その比例積分要素の出力に対してリミッタにより上下限リミットを与えた信号をPWM発生手段の入力信号とすることが述べられている。 As a content of this conventional PWM voltage control, it is stated that a DC reactor current control system is provided as a minor loop. That is, V dc is compared with V ref , the difference is input to the proportional integration element, and the output of the proportional integration element is given an upper limit by the limiter, and the signal control system for the DC reactor of the step-down chopper circuit Current command value. Then, this current command value is compared with the detected current value of the DC reactor, the difference is input to the proportional integration element, and the signal that gives the upper and lower limit limits to the output of the proportional integration element by the limiter is output from the PWM generating means. It is described as an input signal.
特許文献1の昇圧コンバータ制御装置によれば、負荷電力が緩やかに変化し、リアクトルに流れる電流の方向が変化した場合には、デッドタイム補償と電圧フィードバック制御によって出力電圧を電圧指令値に追従制御できる。しかしながら、負荷電力が急激に大きく変動した場合には、出力電圧が電圧指令値に追従できない恐れがある。
According to the boost converter control device of
負荷電力が急激に大きく変動したときでも出力電圧が電圧指令値に追従させるには、電圧フィードバックのゲインを高くすればよい。しかし、これによって定常状態における制御安定性が低下する。特許文献2のように電圧フィードバックループのマイナーループに電流フィードバック制御を設けることで、ゲインを上げながらDCDCコンバータの出力安定性を向上させることができるが、電流センサが必要となり、コストが上昇する。 In order for the output voltage to follow the voltage command value even when the load power fluctuates greatly, the voltage feedback gain may be increased. However, this reduces the control stability in the steady state. By providing current feedback control in the minor loop of the voltage feedback loop as in Patent Document 2, it is possible to improve the output stability of the DCDC converter while increasing the gain, but a current sensor is required and the cost increases.
本発明の目的は、負荷電力の変動に追従可能なDCDCコンバータシステムを提供することである。他の目的は、電流センサを用いずに、負荷電力の変動に追従可能なDCDCコンバータシステムを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも1つに貢献する。 The objective of this invention is providing the DCDC converter system which can track the fluctuation | variation of load electric power. Another object is to provide a DCDC converter system that can follow fluctuations in load power without using a current sensor. The following means contribute to at least one of these purposes.
本発明に係るDCDCコンバータシステムは、蓄電装置と負荷駆動装置との間に設けられ、出力電圧指令値に基づいてスイッチング素子のデューティ比を制御して電圧変換を行うDCDCコンバータシステムであって、蓄電装置の端子電圧である入力電圧値と出力電圧指令値とに基づき定常デューティ比を算出する定常デューティ比算出手段と、負荷駆動装置によって駆動される負荷の電力値である負荷電力値と、入力電圧値を検出する入力電圧検出器の検出値である入力電圧検出値とに基づいて、入力電流値を算出する手段と、入力電流値の時間微分値と、インダクタンス成分値と、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値とに基づき、負荷電力変動に対する補正デューティ比を算出する手段と、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を設定する手段と、を備えることを特徴とする。 A DCDC converter system according to the present invention is a DCDC converter system that is provided between a power storage device and a load driving device and performs voltage conversion by controlling a duty ratio of a switching element based on an output voltage command value. A steady duty ratio calculation means for calculating a steady duty ratio based on an input voltage value that is a terminal voltage of the device and an output voltage command value, a load power value that is a power value of a load driven by the load driving device, and an input voltage Based on the input voltage detection value that is the detection value of the input voltage detector that detects the value, the means for calculating the input current value, the time differential value of the input current value, the inductance component value, and the output voltage value are detected. Means for calculating a correction duty ratio for fluctuations in load power based on an output voltage detection value that is a detection value of the output voltage detector, and a steady duty cycle The ratio, based on the correction duty ratio to the load power variation, characterized in that it comprises means for setting the duty ratio of the switching element.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、補正デューティ比を算出する手段は、入力電流値の時間微分値に、インダクタンス成分値を乗算し、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値を除算して、補正デューティ比を算出することが好ましい。 Further, in the DCDC converter system according to the present invention, the means for calculating the correction duty ratio is a detection value of the output voltage detector for detecting the output voltage value by multiplying the time differential value of the input current value by the inductance component value. It is preferable to calculate a correction duty ratio by dividing a certain output voltage detection value.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値の平方値と、出力電圧指令値の平方値との間の偏差を電力偏差として、電力偏差に応じ、電力フィードバックによるデューティ比を算出する手段を備え、スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することが好ましい。 In the DCDC converter system according to the present invention, the deviation between the square value of the output voltage detection value, which is the detection value of the output voltage detector for detecting the output voltage value, and the square value of the output voltage command value is calculated as the power deviation. The means for calculating the duty ratio by power feedback according to the power deviation is provided, and the means for setting the duty ratio of the switching element includes a steady duty ratio, a correction duty ratio for load power fluctuations, and a duty ratio by feedback. Based on this, it is preferable to calculate the duty ratio of the switching element.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値と出力電圧指令値との偏差に応じて入力電流指令値を算出する手段と、入力電流値を検出する入力電流検出器の検出値である入力電流値と入力電流指令値との偏差に基づき電圧フィードバックによるデューティ比を算出する手段と、を備え、スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することが好ましい。 Further, in the DCDC converter system according to the present invention, means for calculating an input current command value in accordance with a deviation between an output voltage detection value that is a detection value of an output voltage detector that detects the output voltage value and the output voltage command value; Means for calculating a duty ratio by voltage feedback based on a deviation between an input current value which is a detected value of an input current detector for detecting an input current value and an input current command value, and sets a duty ratio of the switching element Preferably, the means for calculating the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio, the correction duty ratio with respect to the load power fluctuation, and the duty ratio by feedback.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、スイッチング素子は、正極側母線と負極側母線との間に直列接続される上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、上アーム側スイッチング素子のオン・オフと下アーム側スイッチング素子のオン・オフとの間に、双方がオフとなるデッドタイムが設けられるときに、そのデッドタイムの大きさに応じて、デッドタイムに対する補償デューティ比を算出する手段を備え、スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比と、デッドタイムに対する補償デューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することが好ましい。 In the DCDC converter system according to the present invention, the switching element includes an upper arm side switching element and a lower arm side switching element connected in series between the positive electrode side bus and the negative electrode side bus, and the upper arm side switching element When there is a dead time that turns off both on and off of the lower arm side switching element, the compensation duty ratio for the dead time is calculated according to the size of the dead time And means for setting the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio, the correction duty ratio with respect to load power fluctuation, the duty ratio by feedback, and the compensation duty ratio with respect to dead time. It is preferable to calculate the ratio.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、定常デューティ比算出手段は、入力電圧検出値に対しローパスフィルタ処理を行ったフィルタ処理後電圧検出値と、出力電圧指令値とに基づいて、定常デューティ比を算出することが好ましい。 Further, in the DCDC converter system according to the present invention, the steady duty ratio calculation means includes a steady duty ratio based on the filtered voltage detection value obtained by performing the low-pass filter processing on the input voltage detection value and the output voltage command value. Is preferably calculated.
また、本発明に係るDCDCコンバータシステムにおいて、負荷駆動装置は、回転電機に接続されるインバータ装置であることが好ましい。 In the DCDC converter system according to the present invention, the load driving device is preferably an inverter device connected to the rotating electrical machine.
上記構成により、DCDCコンバータシステムは、負荷駆動装置によって駆動される負荷の電力値である負荷電力値と、入力電圧値を検出する入力電圧検出器の検出値である入力電圧検出値とに基づいて入力電流値を算出し、算出された入力電流値の時間微分値と、インダクタンス成分値と、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値とに基づき、負荷電力変動に対する補正デューティ比を算出する。このように、負荷電力値の変動に関係する入力電流値の時間微分値に基づいて補正デューティ比を求めて定常比率設定によるデューティ比を補正する。定常比率設定はローパスフィルタ処理を行って設定処理の発散を防ぐことが行われているので、急激な負荷変動に追従しにくい。上記構成によれば、入力電流値の時間微分値に応じて定常比率設定によるデューティ比を補正できるので、負荷電力の変動に追従可能となる。また、入力電流値は演算で求めるので、電流センサを用いずに、負荷電力の変動に追従可能なDCDCコンバータシステムとすることができる。 With the above configuration, the DCDC converter system is based on the load power value that is the power value of the load driven by the load driving device and the input voltage detection value that is the detection value of the input voltage detector that detects the input voltage value. Calculates the input current value, and varies the load power based on the time derivative of the calculated input current value, the inductance component value, and the output voltage detection value that is the detection value of the output voltage detector that detects the output voltage value The correction duty ratio for is calculated. In this way, the correction duty ratio is obtained based on the time differential value of the input current value related to the fluctuation of the load power value, and the duty ratio by the steady ratio setting is corrected. In the steady ratio setting, low-pass filter processing is performed to prevent divergence of the setting processing, so that it is difficult to follow sudden load fluctuations. According to the above configuration, the duty ratio by the steady ratio setting can be corrected according to the time differential value of the input current value, so that it is possible to follow the fluctuation of the load power. Further, since the input current value is obtained by calculation, a DCDC converter system capable of following the fluctuations in load power without using a current sensor can be obtained.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、入力電流値の時間微分値に、インダクタンス成分値を乗算し、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値を除算して、補正デューティ比を算出する。このように演算によって補正デューティ比を算出でき、また、この算出値を定常比率設定によるデューティ比から、例えば、減算することで、負荷電力の急変時に、適切なデューティ比とすることができる。 Further, in the DCDC converter system, the corrected duty ratio is obtained by multiplying the time differential value of the input current value by the inductance component value and dividing the output voltage detection value which is the detection value of the output voltage detector for detecting the output voltage value. Is calculated. In this way, the correction duty ratio can be calculated by calculation, and the calculated value can be subtracted from the duty ratio set by the steady ratio setting, for example, to obtain an appropriate duty ratio when the load power changes suddenly.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値の平方値と、出力電圧指令値の平方値との間の偏差を電力偏差として、電力偏差に応じ、電力フィードバックによるデューティ比を算出する。電圧フィードバックは、出力電圧を保持する平滑コンデンサの端子間電圧であるので、平滑コンデンサの充放電時間の影響を受ける。これに対し、上記構成によれば、電力偏差に応じた電力フィードバックを用いるので、電圧フィードバックよりも迅速にフィードバックを行うことができる。 Further, in the DCDC converter system, the power deviation is defined as a deviation between the square value of the output voltage detection value that is a detection value of the output voltage detector that detects the output voltage value and the square value of the output voltage command value. Accordingly, the duty ratio by power feedback is calculated. Since voltage feedback is the voltage across the terminals of the smoothing capacitor that holds the output voltage, it is affected by the charge / discharge time of the smoothing capacitor. On the other hand, according to the said structure, since the electric power feedback according to an electric power deviation is used, feedback can be performed more rapidly than voltage feedback.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、出力電圧検出値と出力電圧指令値との偏差に応じて入力電流指令値を算出し、入力電流値と入力電流指令値との偏差に基づき電圧フィードバックによるデューティ比を算出する。これによって、DCDCコンバータシステムの出力電圧フィードバック制御のマイナーループに電流フィードバックを組み込むことができ、DCDCコンバータシステムとして出力電圧の安定性と負荷電力の急変時の応答性向上を図ることができる。 Also, in the DCDC converter system, the input current command value is calculated according to the deviation between the output voltage detection value and the output voltage command value, and the duty ratio by voltage feedback is calculated based on the deviation between the input current value and the input current command value. To do. As a result, current feedback can be incorporated into the minor loop of the output voltage feedback control of the DCDC converter system, and the DCDC converter system can improve the stability of the output voltage and the responsiveness when the load power changes suddenly.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、スイッチング素子についてデッドタイムが設けられるときに、そのデッドタイムの大きさに応じて、デッドタイムに対する補償デューティ比を算出する。これによって、デッドタイム補償も行うことができる。 Further, in the DCDC converter system, when a dead time is provided for the switching element, a compensation duty ratio with respect to the dead time is calculated according to the magnitude of the dead time. Thereby, dead time compensation can also be performed.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、入力電圧検出値に対しローパスフィルタ処理を行ったフィルタ処理後電圧検出値と、出力電圧指令値とに基づいて、定常デューティ比を算出する。入力電圧検出値をそのまま用いて定常デューティ比を算出すると、場合によって定常デューティ比が発散して制御破綻を生じる恐れがある。ローパスフィルタ処理によってカットオフ周波数を低く設定し、定常デューティを算出することで、安定した制御を行うことができる。 In the DCDC converter system, the steady duty ratio is calculated based on the post-filtering voltage detection value obtained by performing the low-pass filter processing on the input voltage detection value and the output voltage command value. If the steady duty ratio is calculated using the input voltage detection value as it is, the steady duty ratio may diverge depending on the case, and there is a possibility that control failure occurs. Stable control can be performed by setting the cut-off frequency low by low-pass filter processing and calculating the steady duty.
また、DCDCコンバータシステムにおいて、負荷駆動装置として回転電機に接続されるインバータ装置とするので、広くインバータ装置に接続されるDCDCコンバータシステムについても、電流センサを要せずに入力電流値を推定することができる。 Further, in the DCDC converter system, since the inverter device connected to the rotating electrical machine is used as the load driving device, the input current value is estimated without requiring a current sensor for the DCDC converter system widely connected to the inverter device. Can do.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、DCDCコンバータシステムに接続される負荷駆動回路としてインバータ装置を説明するが、DCDCコンバータシステムを介して蓄電装置との間で直流電力をやり取りする駆動回路であれば、インバータ装置以外のものであってもよい。例えば、一般的なドライバ回路であってもよい。また、負荷駆動回路に接続される負荷装置として車両に搭載される3相回転電機を説明するが、車両搭載以外の回転電機であってもよく、また、回転電機以外の負荷装置、例えば、空調装置、AV機器、小型モータ等の装置であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the inverter device will be described as a load drive circuit connected to the DCDC converter system. However, any drive circuit other than the inverter device may be used as long as it is a drive circuit that exchanges DC power with the power storage device via the DCDC converter system. There may be. For example, a general driver circuit may be used. Further, although a three-phase rotating electrical machine mounted on a vehicle will be described as a load device connected to the load drive circuit, it may be a rotating electrical machine other than the vehicle mounted, or a load device other than the rotating electrical machine, for example, an air conditioner It may be a device, an AV device, a small motor, or the like.
なお、以下では、適宜リミッタを設けてあるが、場合によってはリミッタを省略することもできる。 In the following, a limiter is provided as appropriate, but the limiter may be omitted depending on circumstances.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、DCDCコンバータシステムが用いられる回転電機駆動システム10の構成を説明する図である。回転電機駆動システム10は、車両に搭載される回転電機12の駆動を行うシステムである。回転電機駆動システム10は、回転電機12に接続されるインバータ装置14、蓄電装置16、蓄電装置16とインバータ装置14との間に設けられるDCDCコンバータ本体部20と、DCDCコンバータ制御部40とを含んで構成される。ここで、DCDCコンバータ本体部20とDCDCコンバータ制御部40とが、DCDCコンバータシステムに相当する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a rotating electrical
回転電機12は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)であって、車両の力行時には、DCDCコンバータ本体部20を介して蓄電装置16から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、DCDCコンバータ本体部20を介して蓄電装置16に供給する3相同期型回転電機である。
The rotating
インバータ装置14は、回転電機12を負荷とするときの負荷駆動装置に相当する。インバータ装置14は、回転電機12を発電機として機能させるとき、回転電機12からの交流3相回生電力を直流電力に変換し、DCDCコンバータ本体部20を介して、蓄電装置16側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機12をモータとして機能させるとき、蓄電装置16側からDCDCコンバータ本体部20を介して供給される直流電力を交流3相駆動電力に変換し、回転電機12に駆動電力として供給する直交変換機能を有する。かかるインバータ装置14は、図1に示されるように、スイッチング素子とダイオードを複数組み合わせて構成される。
The
蓄電装置16は充放電可能な直流電力源である。かかる蓄電装置16としては、例えば、数100Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
The
インバータ装置14を作動させる電圧は、蓄電装置16の両端子電圧と必ずしも同じではないので、その間に電圧変換を行いながら電力をやり取りするためにDCDCコンバータシステムが設けられる。DCDCコンバータシステムは、蓄電装置16とインバータ装置14の間に配置されて接続されるDCDCコンバータ本体部20とDCDCコンバータ本体部20の動作を制御するDCDCコンバータ制御部40とを含んで構成される。
Since the voltage for operating the
DCDCコンバータシステムは、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用し、スイッチング素子のデューティ比を制御して、蓄電装置16側の電圧とインバータ装置14側の電圧との間の電圧変換を行う機能を有する。例えば、蓄電装置16側の電圧をVLとし、インバータ装置側の電圧をVHとして、スイッチング素子のデューティ比を制御することで、電圧変換比であるVH/VLを制御する機能を有する。
The DCDC converter system has a function of performing voltage conversion between the voltage on the
ここで、蓄電装置16、インバータ装置14のそれぞれの電源ラインについて、高電圧側を正極側母線、低電圧側を負極側母線と呼ぶことにすると、蓄電装置16のプラス端子に接続されるラインが蓄電装置16側の正極側母線であり、蓄電装置16のマイナス端子に接続されるラインが蓄電装置16側の負極側母線である。同様に、インバータ装置14の高電圧側電源ラインがインバータ装置14側の正極側母線であり、その低電圧側電源ラインがインバータ装置14側の負極側母線である。図1に示されるように、蓄電装置16側の負極側母線とインバータ装置14側の負極側母線とは相互に接続されて共通の負極側母線とされる。
Here, regarding the power supply lines of the
蓄電装置16側において、その正極側母線と負極側母線との間に設けられる平滑コンデンサ30は、DCDCコンバータ本体部20の入力電圧であるVLを保持する容量素子である。同様に、インバータ装置14側において、その正極側母線と負極側母線との間に設けられる平滑コンデンサ32は、DCDCコンバータ本体部20の出力電圧であるVHを保持する容量素子である。
On the
DCDCコンバータ本体部20は、上記のように、DCDCコンバータ制御部40と共にDCDCコンバータシステムを構成するもので、リアクトル22と、相互に直列に接続される2つのスイッチング素子24,26と、2つのスイッチング素子24,26のそれぞれに並列に逆接続されるダイオード25,27を含んで構成される。
As described above, the DCDC converter
リアクトル22は、インダクタンス値Lを有する素子であって、電流Iが流れることで、(LI2)/2の電磁エネルギを蓄積でき、また、この蓄積された電磁エネルギを放出することができる。リアクトル22の一方側端子は、蓄電装置16の一方側端子と接続され、リアクトル22の他方側端子は、2つのスイッチング素子24,26が相互に直列接続されるその接続点に接続される。
The
2つのスイッチング素子24,26は、リアクトル22に対し、電磁エネルギを蓄積させあるいは放出させることで、蓄電装置16側とインバータ装置14側との間において電圧変換を行いながら電力をやり取りさせる機能を有する。2つのスイッチング素子24の一方側は、リアクトル22の他方側端子とインバータ装置14の正極側母線との間に設けられ、2つのスイッチング素子24の他方側は、リアクトル22の他方側端子とインバータ装置14の負極側母線との間に設けられる。
The two
2つのスイッチング素子24,26を区別するときは、インバータ装置14の正極側母線に接続される方を上アーム側のスイッチング素子24、共通の負極側母線に接続される方を下アーム側のスイッチング素子と呼ぶことができる。かかるスイッチング素子24,26としては、大電力用バイポーラトランジスタあるいは大電力用MIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタ等を用いることができる。例えば、nチャネル型IGBT(Insulating Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。
When the two switching
2つのダイオード25,27は、2つのスイッチング素子24,26に対し、それぞれ並列に逆接続される整流素子である。ダイオード25は、上アーム側のスイッチング素子24の電流の流れる方向とは逆方向を整流素子の順方向とするように、並列に逆接続される。すなわち、ダイオード25は、カソード側がインバータ装置14の正極側母線に接続され、アノード側がリアクトル22の他方側端子に接続される。同様に、ダイオード27は、カソード側がリアクトル22の他方側端子に接続され、アノード側が共通の負極側母線に接続される。
The two
ここで、スイッチング素子24,26のオン・オフのデューティ比を適当に変更することで、電圧変換比=VH/VLを制御することができる。スイッチング素子24,26のオン・オフは、通常の場合、相補的に行われる。相補的とは、上アーム側のスイッチング素子24がオンのときは下アーム側のスイッチング素子26はオフであり、逆に下アーム側のスイッチング素子26がオンのときは上アーム側のスイッチング素子24がオフである。デューティ比は、オン時間/(オン時間+オフ時間)で与えられるが、スイッチング素子24,26が相補的にオン・オフするときは、スイッチング素子24のデューティ比=(1−スイッチング素子26のデューティ比)となる。
Here, the voltage conversion ratio = V H / V L can be controlled by appropriately changing the ON / OFF duty ratio of the switching
したがって、スイッチング素子24,26が相補的にオン・オフするときは、いずれかのスイッチング素子のデューティ比でもって、スイッチング素子24,26の全体の動作を表すことができる。そこで、以下では、特に断らない限り、デューティ比といえば、上アーム側のスイッチング素子24のデューティ比をさすものとする。
Therefore, when the switching
図1において、上アーム側のスイッチング素子24がオンのときは、平滑コンデンサ32の電圧をVHとしてVHを有するエネルギがリアクトル22に移される。逆に、上アーム側のスイッチング素子24がオフのときは下アーム側のスイッチング素子26がオンであるので、平滑コンデンサ30の電圧をVLとしてVLを有するエネルギがリアクトル22に蓄えられ、次にこのエネルギが平滑コンデンサ32に移される。したがって、上アーム側のスイッチング素子24のデューティ比が大きくなると、VHがVLに対し小さくなり、逆に、デューティ比が小さくなると、VHがVLに対し大きくなる。
In Figure 1, the switching
理想的に相補的オン・オフがなされ、スイッチング素子24,26の抵抗分とリアクトル22の抵抗分が無視できるときは、上側アームのスイッチング素子26のデューティ比は(VL/VH)}で与えられる。例えば、VL=300Vとして、デューティ比=0.5とすれば、VH=600Vとなる。逆に、VL=300Vとして、VH=500Vとしたいときは、デューティ比=(300/500)=0.6とすればよく、VL=300Vとして、VH=700Vとしたいときは、デューティ比=(300/700)=0.428とすればよいことになる。
When the complementary ON / OFF is ideally performed and the resistance of the switching
図2において、電力検出器34は、回転電機12への入力電力、すなわち、インバータ装置14から見た負荷電力を検出する機能を有する。具体的には、インバータ装置14からの三相駆動信号の電圧と電流とを検出し、電力に換算する機能を有する。電力検出器34は、電圧センサと電流センサと、これらセンサによって検出された値から電力に換算する演算部とで構成することができる。なお、場合によっては、演算部の部分をDCDCコンバータ制御部40の機能としてもよい。電力検出器34のデータは、負荷電力値Pとして、適当な信号線等を介し、DCDCコンバータ制御部40の除算器68に伝送される。
In FIG. 2, the
平滑コンデンサ30に対応して設けられる電圧センサ36は、平滑コンデンサ30の両端子間電圧であるDCDCコンバータ本体部20の入力電圧を検出する機能を有する出力電圧検出器である。電圧センサ36によって検出されたデータは、入力電圧検出値VLとして、適当な信号線等を介し、DCDCコンバータ制御部40に伝送される。
The
平滑コンデンサ32に対応して設けられる電圧センサ38は、平滑コンデンサ32の両端子間電圧であるDCDCコンバータ本体部20の出力電圧を検出する機能を有する出力電圧検出器である。電圧センサ38によって検出されたデータは、出力電圧検出値VHとして、適当な信号線等を介し、DCDCコンバータ制御部40に伝送される。
The
DCDCコンバータ制御部40は、上記のようにして伝送された負荷電力値P、入力電圧検出値VL、出力電圧検出値VHを用い、DCDCコンバータ本体部20における入力電流値を算出し、負荷電力変動に対する補正デューティ比としてduty3を算出し、フィードバックのないときの定常デューティ比であるduty2を補正する機能を有する。また、電力フィードバックを行って、そのフィードバックによるデューティ比duty1を算出する機能を有する。なお、上アーム側のスイッチング素子24のオン・オフと下アーム側スイッチング素子26のオン・オフとの間の関係が完全な相補的関係でなく、双方がオフとなるデッドタイムが設けられるものとする場合には、デッドタイム補償のためのduty4を算出する機能も有する。
The DCDC
そして、DCDCコンバータ制御部40は、これらのduty1、duty2、duty3、duty4に基づいて、DCDCコンバータ本体部20のスイッチング素子24,26のオン・オフ指令を行う機能を有する。これらのDCDCコンバータ制御部40の各機能は、ソフトウェアで実現することができ、具体的にはDCDCコンバータ制御プログラムを実行することで実現できる。勿論、各機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
The DCDC
上記のように、DCDCコンバータ制御部40は、DCDCコンバータ本体部20の作動を制御するためにスイッチング素子24,26にオン・オフ指令を生成する。図1では、このオン・オフ指令の生成を、上側のスイッチング素子24のデューティ比dutyAの生成に代表させて示されている。なお、スイッチング素子26のデューティ比は、例えば、理想的な相補的オン・オフ指令の場合、上記のように、(1−スイッチング素子24のデューティ比)で求めることができる。
As described above, the DCDC
上記のように、DCDCコンバータ制御部40は、duty1、duty2、duty3、duty4に基づいて、DCDCコンバータ本体部20のスイッチング素子24,26のオン・オフ指令を行うが、ここでは、基本的なフィードバック制御としてduty1とduty2に基づく流れをまず説明し、次に、負荷電力の急変に対応するduty3を考慮する流れを説明し、最後にデッドタイム補償に対応するduty4を考慮する流れを説明する。なお、場合によっては、duty4を省略してもよい。
As described above, the DCDC
ここで、図1において、出力電圧指令値VH *は、図示されていない回転電機制御部からDCDCコンバータシステムに与えられる出力電圧の指令値である。また、インダクタンス値Lは、DCDCコンバータ本体部20におけるリアクトル22のインダクタンスの値を示すものである。
Here, in FIG. 1, an output voltage command value V H * is a command value of an output voltage given to the DCDC converter system from a rotating electrical machine control unit (not shown). Further, the inductance value L indicates the inductance value of the
最初に、電力フィードバック制御としてのduty1とduty2の流れを説明する。
duty2はフィードバックがないときの定常デューティ比であり、duty1が電力フィードバックによるデューティ比である。
First, the flow of
duty2 is a steady duty ratio when there is no feedback, and duty1 is a duty ratio by power feedback.
図1において、VH *とVLに基づいて、DCDCコンバータ本体部20のスイッチング素子24,26に対するオン・オフ指令信号を生成する部分が、VHのフィードバックがなく、また推定入力電流のフィードバックがないときの定常的なデューティ比duty2による動作制御の部分である。具体的には、VH *とVLを入力データとして、ローパスフィルタ(LPF)46、定常比率設定器48によってduty2を算出し、リミッタ50、三角波比較器52を経由して、スイッチング素子24,26のオン・オフ指令信号が生成される。
In FIG. 1, the part that generates the on / off command signal for the
ローパスフィルタ(LPF)46は、入力電圧検出値VLに対し、ローパスフィルタ処理を行って、フィルタ処理後電圧検出値としてVL-LPFを出力する機能を有するフィルタ演算手段である。 The low-pass filter (LPF) 46 is a filter arithmetic unit having a function of performing a low-pass filter process on the input voltage detection value V L and outputting V L-LPF as a post-filtering voltage detection value.
ローパスフィルタ処理を行うのは、入力電圧検出値をそのまま用いて定常デューティ比を算出すると、場合によって定常デューティ比が発散して制御破綻を生じる恐れがあるからである。カットオフ周波数を低く設定したローパスフィルタ処理によって得られるVL-LPFを用いることで、定常デューティ比の発散を抑制することができる。 The reason why the low-pass filter process is performed is that if the steady duty ratio is calculated using the input voltage detection value as it is, the steady duty ratio may diverge in some cases, resulting in a control failure. By using VL-LPF obtained by low-pass filter processing with a low cutoff frequency, divergence of the steady duty ratio can be suppressed.
定常比率設定器48は、VH *とVL-LPFを用いて、フィードバックがないときのデューティ比を算出して、それを定常比率として設定する機能を有する演算手段である。定常比率は、上側アームのデューティ比で、これをduty2とすると、上記のように一般的には、(VL/VH)}で与えられる。ここでは、VHに出力電圧指令値VH *を用い、また、VLに代えてVL-LPFを用いることにするので、duty2=(VL-LPF/VH *)で与えられる。
The
図2は、定常比率設定器48の内部構成を示す図である。定常比率設定器48は、除算器80とリミッタ82を含んで構成される。除算器80は、VL-LPFを入力値Aとし、VH *を入力値Bとして、A/B=(VL-LPF/VH *)を出力する演算処理手段である。リミッタ82は、このようにして算出されたA/Bに対し、上限値と下限値を設定し、以後の処理に適した範囲の値に調整する上下限演算処理手段である。このようにして、上下限設定を行った後のA/Bが、以後の処理にduty2として用いられる。上下限設定の例としては、上限を100%、下限を25%とすることができる。勿論これ以外の値を上下限とすることもできる。
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the steady
図1において、出力電圧指令値VH *に対応する電力値としてVH *の平方値を用い、出力電圧検出値VHに対応する電力値としてVHの平方値を用い、これらの差を電力偏差ΔPとして、この電力偏差ΔPをゼロとするPI制御を行う部分が、電力フィードバックによるduty1を算出する部分である。
In Figure 1, using a square value of the V H * as the power value corresponding to the output voltage command value V H *, using the squared value of V H as the power value corresponding to the output voltage detection value V H, these differences The portion for performing PI control for setting the power deviation ΔP to zero as the power deviation ΔP is a portion for calculating
具体的には、VH *の平方値を求める平方器54、VHの平方値を求める平方器56、VH *の平方値とVHの平方値から電力偏差ΔPを求める減算器58、PI制御器60、リミッタ62を含んで構成される。PI制御器60は、ΔPを入力し、これに対して比例積分演算を行ってΔPをゼロとするデューティ比を出力する比例微分制御演算処理手段である。リミッタ62は、このようにして出力されたデューティ比に対し、上下限制限をかけて、以後の処理を行う減算器66等の能力を超えない範囲とするための上下限演算処理手段である。このようにして、上下限設定を行った後のdutyがduty2に対し、電力フィードバックの補正を加えるためのduty1となる。
Specifically, the
電力フィードバックは、電圧フィードバックに比べ、迅速にフィードバックを行うことができる。つなり、電圧フィードバックは、出力電圧を保持する平滑コンデンサの端子間電圧であるので、平滑コンデンサの充放電時間の影響を受ける。これに対し、電力偏差に応じた電力変化の方が平滑コンデンサの電圧変化よりも速いので、電力フィードバックの方が電圧フィードバックよりも迅速にフィードバックを行うことができ、したがって、DCDCコンバータシステムの出力電圧変動を効果的に抑制できる。 Power feedback can be performed more quickly than voltage feedback. In other words, the voltage feedback is the voltage across the terminals of the smoothing capacitor that holds the output voltage, and is therefore affected by the charging / discharging time of the smoothing capacitor. On the other hand, since the power change according to the power deviation is faster than the voltage change of the smoothing capacitor, the power feedback can perform feedback more quickly than the voltage feedback, and therefore the output voltage of the DCDC converter system. The fluctuation can be effectively suppressed.
次に、負荷電力の急変に対応するduty3について説明する。負荷電力の急変に対する対応は、次のような考えで算出されるduty3を用いて実行される。すなわち、負荷電力値Pを、DCDCコンバータ本体部20の入力電圧検出値VLで除算して、負荷電力値Pに対応する蓄電装置16の出力電流値であるDCDCコンバータ本体部20に対する入力電流値IBをまず算出する。ここでは、入力電流値IBの取得には、電流センサが用いられていない。次に、この入力電流値IBの時間微分値に、リアクトル22のインダクタンス値Lを乗算して電圧値に換算し、その値を出力電圧指令値VH *で除算する。この除算値がduty3である。
Next, duty 3 corresponding to a sudden change in load power will be described. The response to the sudden change in the load power is executed using the duty 3 calculated based on the following idea. That is, the load power value P is divided by the input voltage detection value V L of the DCDC converter
具体的には、図1において、除算器68に負荷電力値PとVLとを入力して、P/VL=IBを算出する。そして微分器70にIBを入力して、dIB/dtを算出する。一方、除算器72に、インダクタンス値Lと出力電圧指令値VH *を入力して、L/VH *を算出する。そして、乗算器74に、算出されたL/VH *とdIB/dtを入力し、(L/VH *)×(dIB/dt)=duty3を算出する。
Specifically, in FIG. 1, the load power values P and V L are input to the
このように、duty3=(L/VH *)×(dIB/dt)と算出されるので、この演算に用いるインダクタンス値Lが小さいほど、duty3が小さくなり、補正が行われない場合に近くなる。ここで、負荷電力値Pに対応する入力電流値IBを用いてインダクタンス値Lを補正することとすれば、インダクタンス値Lの誤差を小さくできる。上記のように、除算器68において、負荷電力値Pを用いて(P/VL)=IBを求めることとすることで、インダクタンス値Lの誤差をある程度吸収することができる。なお、除算器68への入力のVLに代えて、VLのローパスフィルタ処理後の値であるVL-LPFを用いるものとしてもよい。
Thus, since it is calculated as duty3 = (L / V H * ) × (dI B / dt), higher inductance value L used in the calculation is small, Duty3 decreases close to when the correction is not performed Become. Here, if correcting the inductance value L using the input current value I B corresponding to the load power value P, you can reduce the error of inductance values L. As described above, in the
このようにして、duty1、duty2、duty3がそれぞれ算出されると、減算器76において、(duty2−duty3)が演算され、その結果は、減算器66においてさらにduty1が減算される。すなわち、減算器66から(duty2−duty3−duty1)が出力される。この値は、フィードバックがかけられていないときの定常デューティ比であるduty2から、負荷電力変動に対する補正デューティ比であるduty3を減算し、さらに、電力フィードバックによるduty1を減算したものとなっている。
When duty1, duty2, and duty3 are respectively calculated in this way, the
次に、デッドタイムに対する補償デューティ比であるduty4について説明する。上記では、DCDCコンバータ本体部20の上アーム側スイッチング素子24と下アーム側スイッチング素子26が、相補的にオン・オフするものとして説明した。すなわち、上アーム側スイッチング素子24がオンのときは下アーム側スイッチング素子26がオフし、逆に、下アーム側スイッチング素子26がオンのときは上アーム側スイッチング素子24がオフする。これを、上アーム側スイッチング素子24と下アーム側スイッチング素子26とが共にオフするデッドタイムTdを設けるものとしてもよい。
Next, the duty 4 that is the compensation duty ratio with respect to the dead time will be described. In the above description, it is assumed that the upper arm
上記では、DCDCコンバータ本体部20の上アーム側スイッチング素子24と下アーム側スイッチング素子26が、相補的にオン・オフする構成のときは、スイッチング素子の応答の具合によって、上アーム側スイッチング素子24と下アーム側スイッチング素子26が共にオンすることが起こり得て、その場合には正極側母線と負極側母線との間に貫通電流が流れる。デッドタイムTdを設ける構成とすれば、このような貫通電流が生じることを防ぐことができる。しかしながら、デッドタイムTdを設けると、例えば、定常デューティ比に対し異なるオン・オフ制御となるために、デューティ比の補償を行うことが好ましい。この補償のためのデューティ比がduty4である。
In the above description, when the upper arm
duty4は、特許文献1に記載されているように、オン時間TONとオフ時間TOFFを用いて、Td/(TON+TOFF)=duty4とできるが、入力電流の流れる方向によって、duty4の符号が異なる。図1では、duty4を減算器66において加算側としてあるが、入力電流の流れる方向によってduty4の符号が変わるので、減算側となることがある。
As described in
duty4の符号は、入力電流を検出するセンサを用いて、その電流の流れる方向を検出することで決定できる。また、スイッチング素子24とスイッチング素子26との接続点の電圧を検出する電圧検出手段を用い、デッドタイム期間中の接続点の電圧がVHに近いかあるいは負極側母線の電圧に近いかによって、電流の流れる方向を判断してduty4の符号を決定することもできる。後者の方法は電圧検出を要するが電流センサを要しないので、コスト的には安価に構成することができる。
The sign of duty4 can be determined by detecting the direction of current flow using a sensor that detects the input current. Further, by using voltage detection means for detecting the voltage at the connection point between the switching
具体的には、デッドタイム補償器64において、予め設定されたデッドタイムTdの大きさに応じた補償デューティ比が計算され、入力電流の流れる方向に応じて符号が決定されるduty4として出力される。デッドタイム補償を行うことで、DCDCコンバータシステムの電圧制御性能をさらに向上させることができる。
Specifically, in the
このように、デッドタイムを含む構成のときには、デッドタイム補償器64からデッドタイムに対する補償デューティ比であるduty4が出力されて、減算器66に入力される。したがって、duty4が用いられるときは、減算器66から(duty2−duty3−duty1+duty4)が出力される。
Thus, when the configuration includes the dead time, the
これらのduty1、duty3、duty4は、定常デューティ比であるduty2を補正するために用いられる。例えば、定常比率設定器48がduty2=0.5と設定し、負荷電力変動に対する補正デューティ比をduty3=+0.1であるときは、減算器76は、duty2−duty3=0.5−0.1=0.4を出力する。
These duty1, duty3, and duty4 are used to correct duty2, which is a steady duty ratio. For example, when the steady
そして、duty1=−0.2と算出され、デッドタイムが設定されてなくduty4=0であるとすれば、減算器66では、(duty2−duty3−duty1+duty4)=0.4+0.2=0.6が出力される。この値がdutyAとなる。
Then, if it is calculated that duty1 = −0.2 and the dead time is not set and duty4 = 0, the
図1における三角波比較器52は、算出されたdutyAを、DCDCコンバータ本体部20を構成するスイッチング素子24,26のオン・オフ制御信号に変換する機能を有する制御信号発生器である。
The
例えば、上記の例でdutyA=0.4と算出されるときは、上アーム側のスイッチング素子24について、基準の三角波の周期T0に対し、オン時間が40%、オフ時間が60%のパルス信号が出力される。下アーム側のスイッチング素子26については、スイッチング素子24に対し相補的なパルス信号が出力される。すなわち、スイッチング素子24がオンのときにスイッチング素子26がオフ、スイッチング素子24がオフのときにスイッチング素子26がオンとなるようなパルス信号が出力される。
For example, when dutyA = 0.4 is calculated in the above example, for the switching
このようにして、DCDCコンバータシステムにおいて、電流センサを用いることなく、負荷電力変動に対する対応が可能となる。また、電力フィードバックを用いているので、出力電圧変動を効果的に抑制できる。また、デッドタイムが設定される場合でも、その補償を行うことが可能となる。 Thus, in the DCDC converter system, it is possible to cope with load power fluctuations without using a current sensor. Moreover, since power feedback is used, output voltage fluctuation can be effectively suppressed. Further, even when the dead time is set, the compensation can be performed.
上記では、回転電機を1つとして説明したが、回転電機を2つとし、それぞれのインバータについて1つのDCDCコンバータ本体部を用いる構成とすることもできる。図3「は、車両に2台の回転電機12,13を搭載し、一方を車両駆動用、他方を発電機用として用いる回転電機駆動システム11の構成を示す図である。
In the above description, the number of rotating electric machines is one. However, it is also possible to have two rotating electric machines and one DCDC converter main body for each inverter. FIG. 3 “is a diagram showing a configuration of a rotating electrical
この構成では、図1の構成に比較して、回転電機13が増加し、その駆動用としてインバータ装置15が設けられる。2つのインバータ装置14,15は、1つのDCDCコンバータ本体部20に接続される。
In this configuration, the rotating
また、電力検出器34がインバータ装置14からの負荷電力値P1を検出するために用いられるのに対し、電力検出器35がインバータ装置15からの負荷電力値P2を検出するものとして設けられる。そして、除算器68の前に減算器78が設けられ、(P1−P2)=Pが計算されて、この値が負荷電力値Pとして除算器68に入力される。つまり、負荷電力値Pとしては、2つの回転電機12,13の電力量の差が用いられる。その他のDCDCコンバータ本体部20の構成、これを制御するDCDCコンバータ制御部40の構成の内容は図1で説明したものと同じであるので、詳細な説明を省略する。
The
上記構成の作用、特に負荷電力の変動に対する作用について、図4から図10を用いて説明し、インダクタンス値Lの誤差の影響について、図11から図18を用いて説明する。これらは、いずれもシミュレーションによる結果を示すものである。 The operation of the above configuration, in particular, the effect on fluctuations in load power will be described with reference to FIGS. 4 to 10, and the influence of the error of the inductance value L will be described with reference to FIGS. These all show the results of simulation.
図4は、シミュレーションに用いる負荷電力の変動をモデル的に示す図である。図4の横軸は時間、縦軸は負荷電力の大きさを示し、ここでは、時間0.14sから0.15sの間で、負荷電力がHレベルからLレベルに急変する。 FIG. 4 is a diagram schematically showing fluctuations in load power used for the simulation. The horizontal axis in FIG. 4 indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of the load power. Here, the load power suddenly changes from the H level to the L level between the times 0.14 s and 0.15 s.
図5から図7は、図1の構成で、電力フィードバック制御を行い、duty3の補正を行わない場合について、図4の負荷変動があるときの入力電圧と出力電圧の変化をduty2の変化とあわせて説明する図である。 FIGS. 5 to 7 illustrate the case where the power feedback control is performed and the duty 3 is not corrected in the configuration of FIG. FIG.
図5は、横軸が時間、縦軸が出力電圧指令値VH *、出力電圧検出値VH、入力電圧検出値VL、VLに対してローパスフィルタ処理を行ったVL-LPFがとられている。図6は、図5のVH *とVL-LPFに基づいて定常比率設定器48の機能によって算出されたduty2の時間変化の様子を示す図で、横軸は図4、図5と共通の時間にとられている。図7は、図5の部分拡大図で、duty2の変化の様子も合わせて示す図である。
5, the horizontal axis indicates time and the vertical axis is the output voltage command value V H *, the output voltage detection value V H, the input voltage detection value V L, the V L-LPF subjected to low-pass filtering on the V L It has been taken. FIG. 6 is a diagram showing a time change state of duty 2 calculated by the function of the steady-state
これらの図から分かるように、図4の負荷電力の変動があると、出力電圧検出値VHは出力電圧指令値VH *から一旦外れるが、これに伴いduty2が変化するので、再びVH *に追従するようになる。VHのVH *からの外れは、最大で約50Vである。 As can be seen from these figures, when the load power in FIG. 4 fluctuates, the output voltage detection value V H once deviates from the output voltage command value V H *. However, since duty 2 changes accordingly, V H again * Follows. Out from the V H * of V H is about 50V at a maximum.
図8から図10は、図5から図7と同様の図であるが、ここでは、図1の構成において、電力フィードバック制御を行い、duty3の補正を行った場合について、図4の負荷変動があるときの入力電圧と出力電圧の変化をduty2、duty3の変化とあわせて説明する図である。 8 to 10 are the same as FIGS. 5 to 7. Here, in the configuration of FIG. 1, when the power feedback control is performed and the duty 3 is corrected, the load fluctuation of FIG. It is a figure explaining the change of the input voltage and output voltage at a time with the change of duty2 and duty3.
図9に示されるように、図4の負荷電力の変動に応じて、マイナスの大きさを有するduty3の補正が行われる。その結果、図10の拡大図に示されるように、VHのVH *からの外れは、最大で約30Vに抑制される。 As shown in FIG. 9, correction of duty 3 having a negative magnitude is performed in accordance with the variation in load power in FIG. 4. As a result, as shown in the enlarged view of FIG. 10, out-of-V H * of the V H is most suppressed to approximately 30 V.
図8から図10では、インダクタンス値Lに誤差がないものとして、理想的なシミュレーション結果が示されている。図1のduty3の算出に関連して説明したように、duty3=(L/VH *)×(dIB/dt)と算出されるので、したがって、インダクタンス値Lに誤差があると、duty3の算出に誤差が生じる。例えば、この演算に用いるインダクタンス値Lが小さいほど、duty3が小さくなり、補正が行われない場合に近くなる。なお、負荷電力値Pを用いて入力電流値IBを算出するようにすることで、インダクタンス値Lの誤差をある程度吸収できることは既に説明した。 8 to 10 show ideal simulation results on the assumption that there is no error in the inductance value L. FIG. As described in connection with the calculation of duty 3 in FIG. 1, since it is calculated as duty 3 = (L / V H * ) × (dI B / dt), therefore, if there is an error in the inductance value L, the duty 3 An error occurs in the calculation. For example, the smaller the inductance value L used for this calculation, the smaller the duty 3 becomes, and the closer to the case where correction is not performed. Note that by so as to calculate the input current value I B with the load power value P, it has already been described that can absorb some of the errors of the inductance value L.
図11から図18は、インダクタンス値Lの影響をシミュレーションした結果を示す図である。図11と図12はインダクタンス値Lに+50%の誤差がある場合で、図11は、図8に対応し、図12は図10に対応する図である。同様に、図13と図14はインダクタンス値Lに+100%の誤差がある場合で、図13は、図8、図11に対応し、図14は図10、図12に対応する図である。図15と図16はインダクタンス値Lに−34%の誤差がある場合で、図15は、図8、図11、図13に対応し、図16は図10、図12、図14に対応する図である。図17と図18はインダクタンス値Lに−50%の誤差がある場合で、図17は、図8、図11、図13、図15に対応し、図18は図10、図12、図14、図16に対応する図である。 11 to 18 are diagrams showing the results of simulating the influence of the inductance value L. FIG. 11 and 12 show a case where the inductance value L has an error of + 50%. FIG. 11 corresponds to FIG. 8, and FIG. 12 corresponds to FIG. Similarly, FIGS. 13 and 14 show cases where there is an error of + 100% in the inductance value L, FIG. 13 corresponds to FIGS. 8 and 11, and FIG. 14 corresponds to FIGS. FIGS. 15 and 16 show the case where the inductance value L has an error of −34%. FIG. 15 corresponds to FIGS. 8, 11, and 13, and FIG. 16 corresponds to FIGS. FIG. FIGS. 17 and 18 show the case where there is an error of −50% in the inductance value L. FIG. 17 corresponds to FIGS. 8, 11, 13, and 15. FIG. 18 shows FIGS. FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 16.
これらの図から、インダクタンス値Lの誤差がマイナス側になるほど、duty3の効果が少なくなることが示されているが、例えば、インダクタンス値Lの誤差が−50%の場合でも、VHのVH *からの外れは、duty3の補正を行わない図7に比べて抑制されていることが分かる。 These figures show that the effect of duty 3 decreases as the error of the inductance value L becomes negative. For example, even when the error of the inductance value L is −50%, V H of V H It can be seen that deviation from * is suppressed as compared with FIG. 7 in which the correction of duty 3 is not performed.
上記では、電力フィードバックを用いたが、これを電圧フィードバックとすることもできる。図19は、電圧フィードバックのマイナーループに電流制御を取り入れてより制御の安定性を向上させた回転電機駆動システム17の構成を示す図である。ここでは、図1の回転電機駆動システム10と同様に、1つの回転電機12について示されているが、これを図3のように2つの回転電機12,13に対応するものとしてもよい。
In the above description, power feedback is used, but this can also be voltage feedback. FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a rotating electrical
回転電機駆動システム17においては、DCDCコンバータ本体部20の入力電流を検出する電流センサ90が用いられる。電流センサ90によって検出されたデータは、入力電流値IBとして、適当な信号線でDCDCコンバータ制御部40に伝送される。
In the rotating electrical
DCDCコンバータ制御部40においては、電圧センサ38の検出値である出力電圧検出値VHと出力電圧指令値VH *との偏差である電圧偏差ΔVHを求める減算器93と、電圧偏差ΔVHをゼロにするように比例積分制御処理を行うPI制御器94と、PI制御器94の出力に対し上下限を規定された入力電流指令値IB *を出力するリミッタ96と、入力電流指令値IB *と入力電流値IBとの偏差である電流偏差ΔIBを算出する減算器98と、電流偏差ΔIBをゼロにするように比例積分制御処理を行うPI制御器100と、PI制御器100の出力に対し上下限を規定されたデューティ比としてのduty1を出力するリミッタ96が設けられる。
In the DCDC
この構成によって、出力電圧検出値VHのフィードバックに、入力電流値IBについての電流制御マイナーループを組み込むことができる。なお、図19では、電流センサ90を用いて入力電流を検出するものとしたが、適当な入力電流推定法を用いて入力電流を推定するものとすることもできる。この場合には、電流センサ90を省略することが可能となる。
With this configuration, a current control minor loop for the input current value I B can be incorporated in the feedback of the output voltage detection value V H. In FIG. 19, the input current is detected using the
本発明に係るDCDCコンバータシステムは、例えば、車両に搭載される回転電機を駆動するインバータ装置に接続されて利用することができる。 The DCDC converter system according to the present invention can be used by being connected to an inverter device that drives a rotating electrical machine mounted on a vehicle, for example.
10,11,17 回転電機駆動システム、12,13 回転電機、14,15 インバータ装置、16 蓄電装置、20 DCDCコンバータ本体部、22 リアクトル、24,26 スイッチング素子、25,27 ダイオード、30,32 平滑コンデンサ、34,35 電力検出器、36,38 電圧センサ、40 DCDCコンバータ制御部、48 定常比率設定器、50,62,82,96 リミッタ、52 三角波比較器、54,56 平方器、58,66,76,78,93,98 減算器、60,94,100 PI制御器、64 デッドタイム補償器、68,72,80 除算器、70 微分器、74 乗算器、90 電流センサ。 10, 11, 17 Rotating electrical machine drive system, 12, 13 Rotating electrical machine, 14, 15 Inverter device, 16 Power storage device, 20 DCDC converter body, 22 Reactor, 24, 26 Switching element, 25, 27 Diode, 30, 32 Smoothing Capacitor, 34, 35 Power detector, 36, 38 Voltage sensor, 40 DCDC converter control unit, 48 Steady ratio setter, 50, 62, 82, 96 limiter, 52 Triangular wave comparator, 54, 56 Squarer, 58, 66 76, 78, 93, 98 Subtractor, 60, 94, 100 PI controller, 64 Dead time compensator, 68, 72, 80 Divider, 70 Differentiator, 74 Multiplier, 90 Current sensor.
Claims (7)
蓄電装置の端子電圧である入力電圧値と出力電圧指令値とに基づき定常デューティ比を算出する定常デューティ比算出手段と、
負荷駆動装置によって駆動される負荷の電力値である負荷電力値と、入力電圧値を検出する入力電圧検出器の検出値である入力電圧検出値とに基づいて、入力電流値を算出する手段と、
入力電流値の時間微分値と、インダクタンス成分値と、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値とに基づき、負荷電力変動に対する補正デューティ比を算出する手段と、
定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を設定する手段と、
を備えることを特徴とするDCDCコンバータシステム。 A DCDC converter system that is provided between a power storage device and a load driving device and performs voltage conversion by controlling a duty ratio of a switching element based on an output voltage command value,
A steady duty ratio calculating means for calculating a steady duty ratio based on an input voltage value which is a terminal voltage of the power storage device and an output voltage command value;
Means for calculating an input current value based on a load power value that is a power value of a load driven by the load driving device and an input voltage detection value that is a detection value of an input voltage detector that detects the input voltage value; ,
Means for calculating a correction duty ratio with respect to load power fluctuation based on a time differential value of an input current value, an inductance component value, and an output voltage detection value that is a detection value of an output voltage detector that detects an output voltage value;
Means for setting the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio and the correction duty ratio for the load power fluctuation;
A DCDC converter system comprising:
補正デューティ比を算出する手段は、
入力電流値の時間微分値に、インダクタンス成分値を乗算し、出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値を除算して、補正デューティ比を算出することを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 1, wherein
The means for calculating the correction duty ratio is:
The time differential value of the input current value is multiplied by the inductance component value, and the output voltage detection value that is the detection value of the output voltage detector that detects the output voltage value is divided to calculate the correction duty ratio. DCDC converter system.
出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値の平方値と、出力電圧指令値の平方値との間の偏差を電力偏差として、電力偏差に応じ、電力フィードバックによるデューティ比を算出する手段を備え、
スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 1, wherein
The deviation between the square value of the output voltage detection value, which is the detection value of the output voltage detector that detects the output voltage value, and the square value of the output voltage command value is defined as the power deviation, and the duty by the power feedback according to the power deviation Means for calculating the ratio,
The DCDC converter system characterized in that the means for setting the duty ratio of the switching element calculates the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio, the correction duty ratio with respect to the load power fluctuation, and the duty ratio by feedback.
出力電圧値を検出する出力電圧検出器の検出値である出力電圧検出値と出力電圧指令値との偏差に応じて入力電流指令値を算出する手段と、
入力電流値を検出する入力電流検出器の検出値である入力電流値と入力電流指令値との偏差に基づき電圧フィードバックによるデューティ比を算出する手段と、
を備え、
スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 1, wherein
Means for calculating an input current command value according to a deviation between an output voltage detection value and an output voltage command value, which is a detection value of an output voltage detector for detecting an output voltage value;
Means for calculating a duty ratio by voltage feedback based on a deviation between an input current value that is a detection value of an input current detector that detects an input current value and an input current command value;
With
The DCDC converter system characterized in that the means for setting the duty ratio of the switching element calculates the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio, the correction duty ratio with respect to the load power fluctuation, and the duty ratio by feedback.
スイッチング素子は、正極側母線と負極側母線との間に直列接続される上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを含み、
上アーム側スイッチング素子のオン・オフと下アーム側スイッチング素子のオン・オフとの間に、双方がオフとなるデッドタイムが設けられるときに、そのデッドタイムの大きさに応じて、デッドタイムに対する補償デューティ比を算出する手段を備え、
スイッチング素子のデューティ比を設定する手段は、定常デューティ比と、負荷電力変動に対する補正デューティ比と、フィードバックによるデューティ比と、デッドタイムに対する補償デューティ比とに基づき、スイッチング素子のデューティ比を算出することを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 3 or 4,
The switching element includes an upper arm side switching element and a lower arm side switching element connected in series between the positive side bus and the negative side bus,
When there is a dead time between the upper arm side switching element on / off and the lower arm side switching element on / off, depending on the size of the dead time, Means for calculating a compensation duty ratio;
The means for setting the duty ratio of the switching element calculates the duty ratio of the switching element based on the steady duty ratio, the correction duty ratio with respect to load power fluctuation, the duty ratio by feedback, and the compensation duty ratio with respect to dead time. DCDC converter system characterized by the above.
定常デューティ比算出手段は、
入力電圧検出値に対しローパスフィルタ処理を行ったフィルタ処理後電圧検出値と、出力電圧指令値とに基づいて、定常デューティ比を算出することを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 1, wherein
The steady duty ratio calculation means is
A DCDC converter system, wherein a steady duty ratio is calculated based on a post-filtering voltage detection value obtained by performing low-pass filtering on an input voltage detection value and an output voltage command value.
負荷駆動装置は、回転電機に接続されるインバータ装置であることを特徴とするDCDCコンバータシステム。 The DCDC converter system according to claim 1, wherein
The DC / DC converter system, wherein the load driving device is an inverter device connected to the rotating electrical machine.
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