JP2023109361A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルとスイッチング素子とを有する電圧変換器において、リアクトル電流の平均値を適切に算出できる制御装置を提供すること。【解決手段】制御装置４０は、リアクトル２２とスイッチング素子２１とを有し、スイッチング素子のスイッチング制御によりリアクトルに流れるリアクトル電流を制御して、入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換器２０に適用される。制御装置４０は、リアクトル電流を所定の時間間隔で取得し、取得した複数の電流値を、電流値の時間変化率に基づいて、電流値増加グループと電流値減少グループとを含む複数のグループに分類する。また、グループ毎に電流値と電流値の取得タイミングとの関係を直線近似した近似直線を算出し、時系列的に前後する電流値増加グループ及び電流値減少グループにおいて算出された近似直線の交点からリアクトル電流の最大値を算出し、この最大値を用いてリアクトル電流の平均値を算出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電圧変換器の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、電圧変換器として、リアクトルとスイッチング素子とを有するＤＣＤＣコンバータが記載されている。このＤＣＤＣコンバータでは、スイッチング素子のスイッチング制御によりリアクトルに流れるリアクトル電流を制御して、入力電圧を出力電圧に変換する。

特開２０１０－２７９１５１号公報

上記スイッチング制御では、リアクトル電流の平均値が目標値となるように、スイッチング素子のデューティ比がフィードバック制御される。リアクトル電流の平均値を算出する方法として、リアクトル電流を所定の時間間隔で検出し、電流検出値の最大値及び最小値を用いてリアクトル電流の平均値を算出する方法が考えられる。この場合、電流値を検出する時間間隔によっては、電流検出値としてリアクトル電流の最大値を取得することができない。電流検出値の最大値とリアクトル電流の最大値とが一致しない場合には、リアクトル電流の平均値の算出精度が低下することが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リアクトルとスイッチング素子とを有する電圧変換器において、リアクトル電流の平均値を適切に算出できる制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の発明は、リアクトルと、オンされることにより電源から前記リアクトルに流れるリアクトル電流を漸増させ、オフされることにより前記リアクトル電流を漸減させるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御により入力電圧を変圧して出力する電圧変換器に適用される制御装置であって、前記リアクトル電流を所定の時間間隔で取得する電流取得部と、前記電流取得部が取得した複数の電流値を、前記電流値の時間変化率に基づいて、前記リアクトル電流の増加期間に取得された電流値の集合である電流値増加グループと、前記リアクトル電流の減少期間に取得された電流値の集合である電流値減少グループとを含む複数のグループに分類する分類部と、前記グループ毎に前記電流値と前記電流値の取得タイミングとの関係を直線近似した近似直線を算出するとともに、時系列的に前後する前記電流値増加グループ及び前記電流値減少グループにおいて算出した前記近似直線の交点における電流値を前記リアクトル電流の最大値として算出し、算出した前記リアクトル電流の最大値を用いて前記リアクトル電流の平均値を算出する算出部と、を備える。

リアクトルとスイッチング素子とを有する電圧変換器では、スイッチング素子のスイッチング制御により、リアクトル電流が漸増と漸減とを繰り返すように制御される。リアクトル電流の増加期間及び減少期間におけるリアクトル電流の時間変化率は互いに異なる。そのため、リアクトル電流を所定の時間間隔で取得し、取得した複数の電流値を、電流値の時間変化率に基づいて分類することで、リアクトル電流の増加期間に取得された電流値の集合である電流値増加グループと、リアクトル電流の減少期間に取得された電流値の集合である電流値減少グループとに分類することができる。この場合、電流値増加グループと電流値減少グループとは、時系列的に交互に出現する。そのため、グループ毎に電流値と電流値の取得タイミングとの関係を直線近似した近似直線を算出し、時系列的に前後する電流値増加グループ及び電流値減少グループにおいて算出された近似直線の交点における電流値をリアクトル電流の最大値として算出することができる。これにより、電流検出値としてリアクトル電流の最大値を取得できない場合でも、リアクトル電流の最大値を算出することができ、リアクトル電流の平均値を精度よく算出することができる。

電圧変換システムの構成図。 第１実施形態に係る制御処理の処理手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る分類処理の処理手順を示すフローチャート。 リアクトル電流の推移を示すタイミングチャート。 第１実施形態に係る電流検出値の推移を示すタイミングチャート。 リアクトル電流の近似直線を示すタイミングチャート。 第２実施形態に係る電流検出値の推移を示すタイミングチャート。 第２実施形態に係る制御処理の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る分類処理の処理手順を示すフローチャート。 その他の実施形態に係る電圧変換システムの構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の制御装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の走行用モータを備えた車両に搭載される。

図１に示すように、電圧変換システムは、電源１０、給電対象１１及び電圧変換器２０を備えている。

電源１０は、電圧変換器２０を介して、給電対象１１に電力を供給する。電源１０は、充放電可能な２次電池であり、例えばリチウムイオン蓄電池である。電源１０の正極端子は、高電位側配線ＬＨを介して給電対象１１の高電位側端子に接続されている。電源１０の負極端子は、低電位側配線ＬＬを介して給電対象１１の低電位側端子に接続されている。

電圧変換器２０は、電源１０から入力される電源電圧ＶＢを昇圧して給電対象１１に印加するＤＣＤＣコンバータである。電圧変換器２０は、スイッチング素子２１と、リアクトル２２と、ダイオード２３と、を備えている。

本実施形態において、スイッチング素子２１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２１のドレインは、高電位側配線ＬＨに接続されており、スイッチング素子２１のソースは、低電位側配線ＬＬに接続されている。なお、スイッチング素子２１には、寄生ダイオードＤＡが並列接続されている。寄生ダイオードＤＡのアノードは、スイッチング素子２１のソースに接続されており、寄生ダイオードＤＡのカソードは、スイッチング素子２１のドレインに接続されている。

リアクトル２２及びダイオード２３は、高電位側配線ＬＨに設けられている。リアクトル２２は、高電位側配線ＬＨにおいて、高電位側配線ＬＨとスイッチング素子２１のドレインとの接続点ＰＡよりも電源１０側に設けられており、ダイオード２３は、高電位側配線ＬＨにおいて、接続点ＰＡよりも給電対象１１側に設けられている。ダイオード２３は、アノードが接続点ＰＡ側となり、カソードが給電対象１１側となる向きで配置されている。

電圧変換システムは、第１電圧センサ３０、電流センサ３１及び第２電圧センサ３２を備えている。第１電圧センサ３０は、電源１０の電源電圧ＶＢを検出する。電流センサ３１は、リアクトル２２に流れるリアクトル電流ＩＬを検出する。第２電圧センサ３２は、給電対象１１に印加される出力電圧ＶＴを検出する。検出された電源電圧ＶＢである入力電圧検出値Ｖｉｎｄ、検出されたリアクトル電流ＩＬである電流検出値Ｉｉｎｄ、及び検出された出力電圧ＶＴである出力電圧検出値Ｖｏｕｔｄは、電圧変換器２０が備える制御装置４０に入力される。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた装置である。制御装置４０は、各検出値Ｖｉｎｄ，Ｉｉｎｄ，Ｖｏｕｔｄを取得し、取得した情報に基づき、各種制御を実行する。具体的には、制御装置４０は、各検出値Ｖｉｎｄ，Ｉｉｎｄ，Ｖｏｕｔｄに基づいて、スイッチング素子２１のゲートにゲート電圧ＶＧを出力し、スイッチング素子２１のスイッチング制御を実行する。制御装置４０は、記憶部４１を備えている。記憶部４１は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等のメモリ（具体的には不揮発性メモリ）にて構成されている。

本実施形態では、制御装置４０は、リアクトル電流ＩＬがゼロとならないようにスイッチング素子２１を制御する電流連続モード制御を実行する。電流連続モード制御では、スイッチング素子２１が周期的にオンオフ制御され、リアクトル電流ＩＬは、スイッチング素子２１のオンオフ制御に応じて、線形的な増減を交互に繰り返す。具体的には、リアクトル電流ＩＬは、スイッチング素子２１のオン期間に漸増し、スイッチング素子２１のオフ期間に漸減する。制御装置４０は、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出し、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを目標値にフィードバック制御するために、スイッチング素子２１のデューティ比を制御する。デューティ比は、スイッチング素子２１の１スイッチング周期ＴＦにおけるオン時間Ｔｏｎの比率（Ｔｏｎ／ＴＦ）である。

ところで、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出する方法として、電流センサ３１を用いて電流検出値Ｉｉｎｄを時間間隔ＴＸで取得し、取得した電流検出値Ｉｉｎｄの最大値及び最小値の中央値をリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖとして算出する方法が考えられる。この場合、電流検出値Ｉｉｎｄを取得する時間間隔ＴＸによっては、電流検出値Ｉｉｎｄとしてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎを取得することができないことがある。また、制御装置４０によっては、スペックが低いこと等に起因して電流検出値Ｉｉｎｄとしてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎが取得可能となるように時間間隔ＴＸを調整することが難しいことがある。これにより、電流検出値Ｉｉｎｄの最大値とリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘとが一致しない場合には、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖ（＝（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）／２）の算出精度が低下することが懸念される。

そこで、本実施形態では、電流検出値Ｉｉｎｄの時間変化率ＤＩを算出し、この時間変化率ＤＩに基づいて、電流検出値Ｉｉｎｄを時系列的に前後する複数のグループに分類するようにした。ここで、時間変化率ＤＩは、時系列的に前後する２つの電流検出値Ｉｉｎｄにおける単位時間変化量である。リアクトル電流ＩＬの増加期間及び減少期間におけるリアクトル電流ＩＬの時間変化率は互いに異なる。このため、時間変化率ＤＩに基づいて電流検出値Ｉｉｎｄを分類することで、電流検出値Ｉｉｎｄを、増加期間に取得された電流検出値Ｉｉｎｄの集合である電流値増加グループ（以下、増加グループ）ＧＡと、減少期間に取得された電流検出値Ｉｉｎｄの集合である電流値減少グループ（以下、減少グループ）ＧＢと、に分類することができる。この場合、増加グループＧＡ及び減少グループＧＢは、時系列的に交互に出現する。そのため、グループ毎に電流検出値Ｉｉｎｄと電流検出値Ｉｉｎｄの取得タイミングとの関係を直線近似した近似直線ＬＫを算出し、時系列的に前後するグループＧＡ，ＧＢにおいて算出された近似直線ＬＫの交点における電流値をリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎとして算出することができる。これにより、電流検出値Ｉｉｎｄとしてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎを取得することができない場合でも、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを精度よく算出することができる。

図２に、制御装置４０により実施される制御処理の手順を示す。制御処理は、例えば電圧変換器２０の動作期間に繰り返し実施される。

ステップＳ１０では、スイッチング素子２１のデューティ比を設定する。デューティ比は、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖの目標値に基づいて設定される。

ステップＳ１１では、検出値Ｖｉｎｄ，Ｉｉｎｄ，Ｖｏｕｔｄを取得する。検出値Ｖｉｎｄ，Ｉｉｎｄ，Ｖｏｕｔｄは、時間間隔ＴＸで取得される。なお、本実施形態において、ステップＳ１１の処理が「電流取得部」に相当する。

ステップＳ１２では、第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢを算出する。ここで、第１範囲ＨＡは、リアクトル電流ＩＬの増加期間におけるリアクトル電流ＩＬの時間増加率（上昇速度）の範囲であり、第１傾きＫＡに基づいて設定される。第１傾きＫＡは、リアクトル電流ＩＬの増加期間におけるリアクトル電流ＩＬの理論増加率であり、電源電圧ＶＢ及びリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡを用いて下記の（式１）のように表される。

ＫＡ＝ＶＢ／ＬＡ・・・（式１）
第１範囲ＨＡは、第１傾きＫＡを中心とした幅Ｗの範囲（ＫＡ±Ｗ／２）である。ここで、幅Ｗは、リアクトル２２の温度変化に伴うインダクタンス値ＬＡの変動範囲ΔＬＡに基づいて設定されており、インダクタンス値ＬＡとともに記憶部４１に記憶されている。具体的には、リアクトル２２には、使用可能な温度範囲ΔＹＡが予め設定されており、この温度範囲ΔＹＡに基づいて、温度範囲ΔＹＡの最小温度Ｙｍｉｎに対応するインダクタンス値ＬＡを下限値、温度範囲ΔＹＡの最大温度Ｙｍａｘに対応するインダクタンス値ＬＡを上限値としたインダクタンス値ＬＡの変動範囲ΔＬＡが設定される。記憶部４１には、この変動範囲ΔＬＡに基づいて設定された幅Ｗが記憶されている。制御装置４０は、ステップＳ１１で取得された入力電圧検出値Ｖｉｎｄと、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及び幅Ｗを用いて第１範囲ＨＡを算出する。

また、第２範囲ＨＢは、リアクトル電流ＩＬの減少期間におけるリアクトル電流ＩＬの時間減少率（下降速度）の範囲であり、第２傾きＫＢに基づいて設定されている。第２傾きＫＢは、リアクトル電流ＩＬの減少期間におけるリアクトル電流ＩＬの理論減少率であり、電源電圧ＶＢ、出力電圧ＶＴ及びリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡを用いて下記の（式２）のように表される。

ＫＢ＝－（ＶＴ－ＶＢ）／ＬＡ・・・（式２）
第２範囲ＨＢは、第２傾きＫＢを中心とした幅Ｗの範囲（ＫＢ±Ｗ／２）である。制御装置４０は、ステップＳ１１で取得された入力電圧検出値Ｖｉｎｄ及び出力電圧検出値Ｖｏｕｔｄと、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及び幅Ｗを用いて第２範囲ＨＢを算出する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１で取得した電流検出値Ｉｉｎｄを、時間変化率ＤＩに基づいてグループＧＡ，ＧＢに分類する分類処理を実行する。図３に、分類処理の手順を示す。なお、本実施形態において、ステップＳ１３の処理が「分類部」に相当する。

ステップＳ３０では、ステップＳ１１で取得した電流検出値Ｉｉｎｄから、第１電流値ＩＡ及び第２電流値ＩＢを選出する。第１電流値ＩＡ及び第２電流値ＩＢは、時間変化率ＤＩの算出に用いる電流値であり、以下の３つの条件を満たすように選出される。（１）第１電流値ＩＡ及び第２電流値ＩＢは、時系列的に前後する、つまり時間間隔ＴＸを隔てて取得された２つの電流検出値Ｉｉｎｄである。（２）第１電流値ＩＡは、第２電流値ＩＢよりも先に取得された電流検出値Ｉｉｎｄである。（３）第１電流値ＩＡは、時系列的に前後する複数の電流検出値Ｉｉｎｄのうち、最も先に取得された電流検出値Ｉｉｎｄから順に選出される。

ステップＳ３１では、ステップＳ３０で選出した２つの電流値ＩＡ，ＩＢの時間変化率ＤＩを算出する。時間変化率ＤＩは、第２電流値ＩＢから第１電流値ＩＡを減算した差分値ΔＩ及び時間間隔ＴＸを用いて、下記の（式３）のように表される。

ＤＩ＝ΔＩ／ＴＸ・・・（式３）
ステップＳ３２では、ステップＳ３１で算出された時間変化率ＤＩが第１範囲ＨＡに含まれるか否かを判定する。ステップＳ３２で肯定判定した場合、ステップＳ３３において時間変化率ＤＩの算出に用いた２つの電流値ＩＡ，ＩＢが増加グループＧＡに属すると判定し、ステップＳ３７に進む。

また、ステップＳ３２で否定判定した場合、ステップＳ３４において、ステップＳ３１で算出された時間変化率ＤＩが第２範囲ＨＢに含まれるか否かを判定する。ステップＳ３４で肯定判定した場合、ステップＳ３５において時間変化率ＤＩの算出に用いた２つの電流検出値Ｉｉｎｄが減少グループＧＢに属すると判定し、ステップＳ３７に進む。

一方、ステップＳ３４で否定判定した場合、ステップＳ３６において、時間変化率ＤＩの算出に用いた２つの電流値ＩＡ，ＩＢのうち、第２電流値ＩＢが各グループＧＡ，ＧＢに属さないように除外する処理を行い、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３４で否定判定されるのは、例えば、電流センサ３１の検出値にノイズが混入すること等に起因してリアクトル電流ＩＬの増加期間において時間変化率ＤＩが第１範囲ＨＡから外れた場合、又はリアクトル電流ＩＬの減少期間において時間変化率ＤＩが第２範囲ＨＢから外れた場合である。除外処理により、各範囲ＨＡ，ＨＢから外れるような第２電流値ＩＢが平均値Ｉａｖの算出に用いられることが防止でき、平均値Ｉａｖの算出精度を高めることができる。

ステップＳ３７では、１スイッチング周期ＴＦにおける増加グループＧＡ又は減少グループＧＢへの分類が終了したか否かを判定する。例えば、スイッチング素子２１がオンに切り替えられた後、スイッチング素子２１がオフに切り替えられたと判定した場合に増加グループＧＡへの分類が終了したと判定すればよい。また、スイッチング素子２１がオフに切り替えられた後、スイッチング素子２１がオンに切り替えられたと判定した場合に減少グループＧＢへの分類が終了したと判定すればよい。ステップＳ３７で肯定判定した場合、ステップＳ３０に戻る。ステップＳ３７において肯定判定される毎に、増加グループＧＡと減少グループＧＢとが交互に生成される。一方、ステップＳ３７で肯定判定した場合、分類処理を終了する。

図２に戻り、ステップＳ１４では、ステップＳ１３で分類された各グループＧＡ，ＧＢ毎に、各グループＧＡ，ＧＢに含まれる電流検出値Ｉｉｎｄを用いて近似直線ＬＫを算出する。近似直線ＬＫは、例えば最小二乗法により算出される。例えば、直近で生成したグループが減少グループＧＢである場合、その減少グループＧＢに含まれる複数の電流検出値Ｉｉｎｄを用いて算出した近似直線ＬＫは、単調減少する直線となる。一方、直近で生成したグループが増加グループＧＡである場合、その増加グループＧＡに含まれる複数の電流検出値Ｉｉｎｄを用いて算出した近似直線ＬＫは、単調増加する直線となる。なお、近似直線ＬＫを算出する場合、グループに含まれる全ての電流検出値Ｉｉｎｄを用いてもよいし、グループに含まれる電流検出値Ｉｉｎｄのうち、一部であって且つ複数の電流検出値Ｉｉｎｄを用いてもよい。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出された近似直線ＬＫのうち、時系列的に前後するグループで算出された近似直線ＬＫの交点における電流値をリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎとして算出する。例えば、直近で生成したグループが減少グループＧＢである場合、その減少グループＧＢに基づく近似直線ＬＫと、その減少グループＧＢの直前に生成した増加グループＧＡに基づく近似直線ＬＫとの交点における電流値を最大値Ｉｍａｘとして算出する。一方、直近で生成したグループが増加グループＧＡである場合、その増加グループＧＡに基づく近似直線ＬＫと、その増加グループＧＡの直前に生成した減少グループＧＢに基づく近似直線ＬＫとの交点における電流値を最小値Ｉｍｉｎとして算出する。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５で算出されたリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎの中央値をリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖとして算出する。なお、本実施形態において、ステップＳ１４～Ｓ１６の処理が「算出部」に相当する。

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出したリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖに基づいて、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡを補正する。具体的には、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが増加した場合には、インダクタンス値ＬＡを増加補正し、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが減少した場合には、インダクタンス値ＬＡを減少補正する。これにより、次回の制御処理では、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖに基づいて補正されたインダクタンス値ＬＡを用いて第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢを算出することができる。

ステップＳ１８では、ステップＳ１６で算出されたリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを目標値にフィードバック制御するために、スイッチング素子２１のデューティ比を補正する。具体的には、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが目標値よりも小さい場合には、スイッチング素子２１のデューティ比を増加補正し、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが目標値よりも大きい場合には、スイッチング素子２１のデューティ比を減少補正する。これにより、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを目標値に制御することができる。なお、本実施形態において、ステップＳ１８の処理が「制御部」に相当する。

続いて図４～図６を用いて、リアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎを算出する手順を説明する。

図４に破線で示すように、リアクトル電流ＩＬは、スイッチング素子２１のオンオフ制御に応じて、線形的な増減を交互に繰り返す。本実施形態では、スイッチング素子２１の寄生容量及び制御の遅延等により、リアクトル電流ＩＬは、スイッチング素子２１のオン状態への切り替えタイミングｔ１，ｔ３から第１遅延時間ＴＡが経過した後に最小値Ｉｍｉｎとなり、スイッチング素子２１のオフ状態への切り替えタイミングｔ２から第２遅延時間ＴＢが経過した後に最大値Ｉｍａｘとなる。そのため、スイッチング素子２１のオン期間とリアクトル電流ＩＬの増加期間とは異なっており、スイッチング素子２１のオフ期間とリアクトル電流ＩＬの減少期間とは異なっている。

また、本実施形態では、第１遅延時間ＴＡと第２遅延時間ＴＢとは異なっており、第１遅延時間ＴＡは第２遅延時間ＴＢよりも長くなっている。そのため、スイッチング素子２１のオン期間の開始のタイミングｔ１，ｔ３及び終了のタイミングｔ２を第１遅延時間ＴＡだけ遅らせても、スイッチング素子２１のオン期間はリアクトル電流ＩＬの増加期間とは一致せず、スイッチング素子２１のオフ期間の開始のタイミングｔ１，ｔ３及び終了のタイミングｔ２を第２遅延時間ＴＢだけ遅らせても、スイッチング素子２１のオン期間はリアクトル電流ＩＬの減少期間とは一致しない。

次に、図５に示すように、リアクトル電流ＩＬが時間間隔ＴＸで検出され、電流検出値Ｉｉｎｄが取得される。図５に示す例では、電流検出値Ｉｉｎｄとしてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎが取得されていない。そのため、電流検出値Ｉｉｎｄの最大値とリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘとは一致せず、電流検出値Ｉｉｎｄの最小値とリアクトル電流ＩＬの最小値Ｉｍｉｎとは一致しない。

電流検出値Ｉｉｎｄは、時間変化率ＤＩに基づいてグループＧＡ，ＧＢに分類される。図５に一点鎖線で囲むように、リアクトル電流ＩＬの増加期間に取得され且つ時系列的に連続する電流検出値Ｉｉｎｄの集合が、増加グループＧＡとして分類され、リアクトル電流ＩＬの減少期間に取得され且つ時系列的に連続する電流検出値Ｉｉｎｄの集合が、減少グループＧＢとして分類される。そして、リアクトル電流ＩＬの増減に応じて、増加グループＧＡと減少グループＧＢとが時系列的に交互に出現する。

次に、図６に直線で示すように、各グループＧＡ，ＧＢの近似直線ＬＫが算出され、時系列的に前後するグループで算出された近似直線ＬＫの交点からリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎが算出される。具体的には、増加グループＧＡと該増加グループＧＡに続く減少グループＧＢとで算出された近似直線ＬＫの交点の電流値が、最大値Ｉｍａｘとして算出される。また、減少グループＧＢと該減少グループＧＢに続く増加グループＧＡとで算出された近似直線ＬＫの交点の電流値が、最小値Ｉｍｉｎとして算出される。

リアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎが算出されると、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが算出され、この平均値Ｉａｖに基づいて、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及びスイッチング素子２１のデューティ比が補正される。本実施形態では、図６に示すように、第１減少グループＧＢ１と第１減少グループＧＢ１に続く第１増加グループＧＡ１とで最小値Ｉｍｉｎが算出され、第１増加グループＧＡ１と第１増加グループＧＡ１に続く第２減少グループＧＢ２とで最大値Ｉｍａｘが算出されると、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖが算出され、この平均値Ｉａｖに基づいて、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及びスイッチング素子２１のデューティ比が補正される。そして、補正されたインダクタンス値ＬＡ及びデューティ比を用いて、第２減少グループＧＢ２に続く第２増加グループＧＡ２の電流検出値Ｉｉｎｄが取得される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

本実施形態では、第１傾きＫＡ及び第２傾きＫＢを用いて、電流検出値ＩｉｎｄをグループＧＡ，ＧＢに分類するようにした。リアクトル２２とスイッチング素子２１とを有する電圧変換器２０では、リアクトル電流ＩＬの増加期間におけるリアクトル電流ＩＬの理論増加率が第１傾きＫＡとなることが知られており、リアクトル電流ＩＬの減少期間におけるリアクトル電流ＩＬの理論減少率が第２傾きＫＢとなることが知られている。そのため、第１傾きＫＡ及び第２傾きＫＢを用いることで、電流検出値Ｉｉｎｄを精度よくグループＧＡ，ＧＢに分類することができる。

具体的には、第１傾きＫＡを用いて第１範囲ＨＡを設定するとともに、第２傾きＫＢを用いて第２範囲ＨＢを設定し、これらの範囲ＨＡ，ＨＢを用いて、電流検出値ＩｉｎｄをグループＧＡ，ＧＢに分類する。この場合に、第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢの幅Ｗが、リアクトル２２の温度変化に伴うインダクタンス値ＬＡの変動範囲ΔＬＡに基づいて設定されるようにした。

リアクトル２２の温度は、リアクトル２２の周辺温度及びリアクトル２２への通電により変化し、リアクトル２２の温度が変化すると、リアクトル２２のインダクタンス値ＬＡが変化する。つまり、リアクトル２２の温度変化に伴いリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡが変動し、第１傾きＫＡ及び第２傾きＫＢが変動する。本実施形態では、幅Ｗが、リアクトル２２の温度変化に伴うインダクタンス値ＬＡの変動範囲ΔＬＡに基づいて設定されているため、例えばリアクトル２２への通電によりリアクトル２２の温度が変化し、第１傾きＫＡ及び第２傾きＫＢが変動した場合でも、第１傾きＫＡ及び第２傾きＫＢが、第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢを超えて変動することが抑制される。これにより、通電に伴うリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡの変化を考慮して、電流検出値ＩｉｎｄをグループＧＡ，ＧＢに分類することができる。

本実施形態では、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖに基づいて、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡを補正するようにした。リアクトル２２のインダクタンス値ＬＡとリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖとは相関し、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖに基づいてリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡが変化する。そのため、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖに基づいて、リアクトル２２のインダクタンス値ＬＡを補正することで、補正後のインダクタンス値ＬＡを用いて算出された第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢを用いて、電流検出値Ｉｉｎｄを適正にグループＧＡ，ＧＢに分類することができる。

本実施形態では、インダクタンス値ＬＡを補正するために、インダクタンス値ＬＡの温度を検出する必要がない。そのため、電圧変換システムにおいて、インダクタンス値ＬＡの温度を検出する温度センサを設ける必要がなく、システム構成を簡略化することができる。

なお、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを取得する方法として、スイッチング素子２１のオン期間又はオフ期間の中心タイミングにおけるリアクトル電流ＩＬを、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖとして取得する方法が考えられる。しかし、本実施形態のように、スイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３と、リアクトル電流ＩＬが最大値Ｉｍａｘ又は最小値Ｉｍｉｎとなるタイミングとの間に遅延時間ＴＡ，ＴＢが存在している場合、スイッチング素子２１のオン期間又はオフ期間の中心タイミングにおけるリアクトル電流ＩＬが、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖとならない。また、本実施形態のように、第１遅延時間ＴＡと第２遅延時間ＴＢとは異なっている場合には、例えばスイッチング素子２１のオン期間の中心タイミングを、第１遅延時間ＴＡだけシフトさせたタイミングにおいてリアクトル電流ＩＬを取得しても、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを取得することができない。

本実施形態では、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを取得する場合に、スイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３を利用せず、リアクトル電流ＩＬを検出することで算出された各グループの近似直線ＬＫを用いてリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出する。そのため、スイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３と、リアクトル電流ＩＬが最大値Ｉｍａｘ又は最小値Ｉｍｉｎとなるタイミングとの間に遅延時間ＴＡ，ＴＢが存在している場合でも、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを精度よく算出することができる。

（第１実施形態の変形例）
制御装置４０は、近似直線ＬＫを算出する場合に、各グループＧＡ，ＧＢに含まれる電流検出値Ｉｉｎｄのうち、特定電流値ＩＴを除いた電流検出値Ｉｉｎｄを用いて近似直線ＬＫを算出するようにしてもよい。ここで、特定電流値ＩＴは、図５に示すように、各グループＧＡ，ＧＢにおいて、スイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３に最も近いタイミングで取得された電流検出値Ｉｉｎｄである。

電圧変換器２０では、スイッチング素子２１のオンオフ状態の切り替えに伴いリアクトル電流ＩＬの増減が切り替わるため、スイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３近傍では、リアクトル電流ＩＬの増減の切り替えに伴うノイズ等によりリアクトル電流ＩＬが不安定となりやすい。本変形例では、近似直線ＬＫを算出する場合に、特定電流値ＩＴを除いた電流検出値Ｉｉｎｄを用いて近似直線ＬＫを算出することで、スイッチング素子２１の切り替えに伴うインダクタンス値ＬＡの不安定性を抑制して、近似直線ＬＫを適正に算出することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図７～９を参照しつつ説明する。

図７に示すように、本実施形態では、制御装置４０は、リアクトル電流ＩＬがゼロとなるようにスイッチング素子２１を制御する電流不連続モード制御を実行する点で、第１実施形態と異なる。電流連続モード制御では、スイッチング素子２１の１スイッチング周期ＴＦの中に、リアクトル電流ＩＬがゼロとなるゼロ期間が存在し、リアクトル２２に間欠的にリアクトル電流ＩＬが流れる。この場合、リアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘは存在するものの、リアクトル電流ＩＬの最小値Ｉｍｉｎが存在しない。本実施形態では、近似直線ＬＫを用いてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘを算出するとともに、ゼロ期間の開始タイミングＴＳ及び終了タイミングＴＥを算出し、これらを用いてリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出する。ここで、開始タイミングＴＳは、リアクトル電流ＩＬがゼロとなり、ゼロ期間が開始されるタイミングであり、終了タイミングＴＥは、ゼロ期間が終了し、リアクトル電流ＩＬが流れ始めるタイミングである。

図８に、本実施形態における制御処理のフローチャートを示す。図８において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

本実施形態の制御処理では、ステップＳ１３において、ステップＳ１１で取得された電流検出値Ｉｉｎｄを、電流検出値Ｉｉｎｄの時間変化率ＤＩに基づいて、増加グループＧＡ、減少グループＧＢ、及びゼログループＧＣに分類する分類処理を実行する。ここで、ゼログループＧＣは、ゼロ期間に取得された電流検出値Ｉｉｎｄの集合である。図９に、本実施形態の分類処理の手順を示す。図９において、先の図３に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

本実施形態の分類処理では、ステップＳ３４で否定判定した場合、ステップＳ５０において、ステップＳ３１で算出された時間変化率ＤＩがゼロであるか否かを判定する。ステップＳ５０で肯定判定した場合、ステップＳ５１において時間変化率ＤＩの算出に用いた２つの電流検出値ＩｉｎｄがゼログループＧＣに属すると判定し、ステップＳ３７に進む。一方、ステップＳ５０で否定判定した場合、ステップＳ３６に進む。

図８に戻り、ステップＳ１４において近似直線ＬＫを算出すると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、ステップＳ１４で算出された近似直線ＬＫを用いてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ、開始タイミングＴＳ及び終了タイミングＴＥを算出する。具体的には、減少グループＧＢで算出された近似直線ＬＫの電流値がゼロとなるタイミングが、開始タイミングＴＳとして算出される。また、増加グループＧＡで算出された近似直線ＬＫの電流値がゼロとなるタイミングが、終了タイミングＴＥとして算出される。

ステップＳ１６では、ステップＳ４０で算出されたリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ、開始タイミングＴＳ及び終了タイミングＴＥからリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出し、ステップＳ１６に進む。リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖは、リアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘ、増加グループＧＡの近似直線ＬＫを用いて算出された終了タイミングＴＥ、該増加グループＧＡに続く減少グループＧＢの近似直線ＬＫを用いて算出された開始タイミングＴＳ及びスイッチング素子２１の１スイッチング周期ＴＦを用いて、下記の（式４）のように算出することができる。

Ｉａｖ＝（ＴＳ－ＴＥ）×Ｉｍａｘ／（ＴＦ×２）・・・（式４）
以上詳述した本実施形態によれば、リアクトル２２に間欠的にリアクトル電流ＩＬが流れ、リアクトル電流ＩＬの最小値Ｉｍｉｎが存在しない場合でも、近似直線ＬＫを用いてリアクトル電流ＩＬの最大値Ｉｍａｘを算出するとともに、開始タイミングＴＳ及び終了タイミングＴＥを算出することで、リアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを算出することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・電圧変換器２０の構成は、上記実施形態に示す昇圧チョッパ回路に限らず、例えば降圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路であってもよい。降圧チョッパ回路の一例を図１０に示す。なお、図１０に示す構成について、先の図１に示した構成に対応するものには同一の符号を付している。降圧チョッパ回路の場合、第１傾きＫＡは、電源電圧ＶＢ、出力電圧ＶＴ及びリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡを用いて下記の（式５）のように表される。このため、制御装置４０は、入力電圧検出値Ｖｉｎｄ及び出力電圧検出値Ｖｏｕｔｄと、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及び幅Ｗとを用いて第１範囲ＨＡを算出する。

ＫＡ＝（ＶＢ－ＶＴ）／ＬＡ・・・（式５）
一方、第２傾きＫＢは、出力電圧ＶＴ及びリアクトル２２のインダクタンス値ＬＡを用いて下記の（式６）のように表される。このため、制御装置４０は、出力電圧検出値Ｖｏｕｔｄと、記憶部４１に記憶されたインダクタンス値ＬＡ及び幅Ｗとを用いて第２範囲ＨＢを算出する。

ＫＢ＝－ＶＴ／ＬＡ・・・（式６）
・制御装置４０は、算出したリアクトル電流ＩＬの最小値Ｉｍｉｎに基づいて、電流連続モード制御又は電流不連続モード制御のいずれが実行されているかを判定するようにしてもよい。具体的には、最小値Ｉｍｉｎが正の値であれば、電流連続モード制御であると判定し、最小値Ｉｍｉｎがゼロ又は負の値であれば、電流不連続モード制御であると判定してもよい。これにより、電流連続モード制御又は電流不連続モード制御のいずれが実行されているかを適正に判定し、実行されている制御に応じてリアクトル電流ＩＬの平均値Ｉａｖを精度よく算出することができる。

・時間変化率ＤＩに基づいて電流検出値Ｉｉｎｄをグループに分類する方法は、第１範囲ＨＡ及び第２範囲ＨＢを用いる方法に限らず、時間変化率ＤＩが正か負かによって分類してもよい。この場合、例えば増加期間の最後に取得された電流検出値Ｉｉｎｄでは、該電流検出値Ｉｉｎｄを第２電流値ＩＢとして算出した時間変化率ＤＩが正となり、該電流検出値Ｉｉｎｄを第１電流値ＩＡとして算出した時間変化率ＤＩが負となることが考えられる。このように、ある電流検出値Ｉｉｎｄを用いて算出された時間変化率ＤＩが正と負で異なる場合、該電流検出値Ｉｉｎｄについては、いずれのグループにも属さないと判定するようにしてもよい。

・特定電流値ＩＴは、上記実施形態に示すようにスイッチング素子２１の切り替えタイミングｔ１～ｔ３に基づいて決定する方法に限られず、増加期間と減少期間との切り替えタイミングに基づいて決定されてもよい。具体的には、遅延時間ＴＡ，ＴＢに基づいて増加期間と減少期間との切り替えタイミングが推定される場合には、その切り替えタイミングを中心とした所定期間内に取得された電流検出値Ｉｉｎｄを特定電流値ＩＴとしてもよい。

・電源１０は、例えば燃料電池であってもよい。燃料電池は、電気化学反応を利用して発電する電池である。

・近似直線ＬＫを算出する方法は、最小二乗法に限られない。電流検出値Ｉｉｎｄと近似直線ＬＫとの偏差を算出し、この偏差が最小となるように近似直線ＬＫを決定する方法であればよい。

・本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…電源、２０…電圧変換器、２１…スイッチング素子、２２…リアクトル、４０…制御装置。

Claims (7)

1. リアクトル（２２）と、
   オンされることにより電源（１０）から前記リアクトルに流れるリアクトル電流を漸増させ、オフされることにより前記リアクトル電流を漸減させるスイッチング素子（２１）と、を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御により入力電圧を変圧して出力する電圧変換器（２０）に適用される制御装置（４０）であって、
   前記リアクトル電流を所定の時間間隔で取得する電流取得部と、
   前記電流取得部が取得した複数の電流値を、前記電流値の時間変化率に基づいて、前記リアクトル電流の増加期間に取得された電流値の集合である電流値増加グループと、前記リアクトル電流の減少期間に取得された電流値の集合である電流値減少グループとを含む複数のグループに分類する分類部と、
   前記グループ毎に前記電流値と前記電流値の取得タイミングとの関係を直線近似した近似直線を算出するとともに、時系列的に前後する前記電流値増加グループ及び前記電流値減少グループにおいて算出した前記近似直線の交点における電流値を前記リアクトル電流の最大値として算出し、算出した前記リアクトル電流の最大値を用いて前記リアクトル電流の平均値を算出する算出部と、を備える制御装置。
2. 前記算出部は、前記リアクトル電流がゼロとならないように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う電流連続モードにおいて、時系列的に前後する前記電流値増加グループ及び前記電流値減少グループにおいて算出した前記近似直線の交点における電流値を前記リアクトル電流の最大値及び最小値として算出し、前記リアクトル電流の最大値及び最小値の中央値を前記平均値として算出する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記分類部は、
   前記リアクトル電流の増加期間における前記リアクトル電流の時間増加率である第１傾きを算出し、前記第１傾きを含む前記リアクトル電流の時間増加率の範囲である第１範囲に前記電流値の時間変化率が含まれる場合に、該時間変化率の算出に用いた前記電流値を前記増加期間に取得された前記電流値とし、前記増加期間に取得された前記電流値の集合を前記電流値増加グループとして分類し、
   前記リアクトル電流の減少期間における前記リアクトル電流の時間減少率である第２傾きを算出し、前記第２傾きを含む前記リアクトル電流の時間減少率の範囲である第２範囲に前記電流値の時間変化率が含まれる場合に、該時間変化率の算出に用いた前記電流値を前記減少期間に取得された前記電流値とし、前記減少期間に取得された前記電流値の集合を前記電流値減少グループとして分類する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記分類部は、前記リアクトルのインダクタンス値を用いて前記第１傾き及び前記第２傾きを算出し、
   前記第１範囲及び前記第２範囲は、前記リアクトルの温度変化に伴う前記インダクタンス値の変動範囲に基づいて設定されている、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記分類部は、前記算出部により算出された前記平均値に基づいて前記インダクタンス値を補正する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記算出部は、各前記グループにおいて、前記スイッチング素子のオンオフ状態の切り替えタイミングに最も近いタイミングで取得された前記電流値である特定電流値を除いた前記電流値を用いて前記近似直線を算出する、請求項１～５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記算出部により算出された前記平均値を目標値に制御すべく前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記平均値が前記目標値よりも小さい場合には、前記デューティ比を増加させ、前記平均値が前記目標値よりも大きい場合には、前記デューティ比を減少させる、請求項１～６のいずれか一項に記載の制御装置。

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