电压变换装置的控制装置以及控制方法
【专利摘要】电压变换装置的控制装置（30）具备：占空指令信号生成单元（210），生成与开关元件的占空比率对应的占空指令信号；载波信号生成单元（250），生成与开关元件的开关频率对应的载波信号；开关控制信号生成单元（231，232），通过将占空指令信号与载波信号相互比较，来生成对开关元件的接通断开进行切换的开关控制信号；单臂驱动控制单元（270），通过将第一开关元件以及第二开关元件择一地接通，来实现单臂驱动；和相位反转单元（280），在臂切换时使载波信号中的至少与臂刚刚切换之后的开关对应的部分的相位成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
【专利说明】电压变换装置的控制装置以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如被搭载于车辆等中的电压变换装置的控制装置以及控制方法的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，作为考虑了环境影响的车辆，搭载蓄电装置(例如二次电池或电容器等)，使用由蓄电装置中蓄积的电力产生的驱动力来进行行驶的电动车辆备受瞩目。该电动车辆例如包括电动汽车、混合动力汽车、燃料电池车等。
[0003]在这些电动车辆中，有时具备用于在起步时或加速时从蓄电装置接受电力来产生行驶用的驱动力，并且在制动时基于再生制动来进行发电向蓄电装置蓄积电能的电动发电机。这样，为了根据行驶状态来控制电动发电机，在电动车辆中搭载有逆变器。
[0004]在这样的车辆中，为了稳定地供给根据车辆状态而变动的逆变器所利用的电力，有时在蓄电装置与逆变器之间具备电压变换装置(转换器)。另外，通过该转换器，可使逆变器的输入电压高于蓄电装置的输出电压而实现马达的高输出化，并且通过降低同一输出时的马达电流，能够实现逆变器以及马达的小型化、低成本化。
[0005]而且，为了进一步提高电动车辆的燃油利用率，重要的是降低该转换器的损失来提高效率。
[0006]这里，例如在专利文献I中，提出了一种在负载电力少的区域中仅通过单臂来对升压转换器开关驱动的技术。根据这样的技术，能够使转换器的损失降低与电流纹波减少对应的量。
[0007]另外，例如在专利文献2中，提出了一种在占空比高于规定值的情况下，利用单侧臂将辅助开关元件以及主开关元件固定为断开，在此基础上根据占空比对另一侧的主开关元件进行接通断开的技术。
[0008]专利文献1:国际公开2010 - 137127号公报
[0009]专利文献2:日本特开2010 - 283931号公报
[0010]根据上述的转换器中的仅使用单侧臂的驱动(以下适当地称为“单臂驱动”)，例如能够防止因为了防止开关元件短路而采用的空载时间(dead time)(即，将与上下臂对应的开关元件都断开的期间)而导致转换器的最大升压比降低。
[0011]然而，在例如汽车用途那样负载电力急剧变化的情况下，有时电池电流急剧变化，在上下臂切换时，开关元件的接通信号相接近。此时，在开关元件中，尽管从接受到用于切换接通断开的信号之后实际电流被接通断开，但是会产生延迟。因此，如果上下臂中的开关元件的接通信号相接近，则存在有可能因开关元件的开关定时延迟而导致开关元件相互短路这一技术问题。
【发明内容】
[0012]本发明是鉴于上述的问题点而提出的，其课题在于，提供一种能够不使电压变换装置中的升压比降低地防止上下臂中的开关元件的短路的电压变换装置的控制装置以及控制方法。
[0013]为了解决上述课题，本发明的电压变换装置的控制装置是具备相互串联连接的第一开关元件以及第二开关元件的电压变换装置的控制装置，具备:占空指令信号生成单元，其生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号；载波信号生成单元，其分别生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的开关频率对应的载波信号；开关控制信号生成单元，其通过将所述占空指令信号与所述载波信号相互比较，来分别生成切换所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的接通断开的开关控制信号；单臂驱动控制单元，其通过按照将所述第一开关元件以及所述第二开关元件择一地接通的方式控制所述开关控制信号生成单元，来实现仅利用包含所述第一开关元件的第一臂以及包含所述第二开关元件的第二臂中任意一方的单臂驱动；和相位反转单元，其在将利用所述第一臂的单臂驱动以及利用所述第二臂的单臂驱动相互切换的臂切换时，使所述载波信号中的至少与刚刚进行所述臂切换之后的所述第一开关元件或者所述第二开关元件的开关对应的部分的相位成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
[0014]本发明涉及的电压变换装置例如是被搭载于车辆的转换器，具备相互串联连接的第一开关元件以及第二开关元件。作为第一开关元件以及第二开关元件，例如可使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、电力用 MOS (Metal Oxide Semiconductor)晶体管或者电力用双极型晶体管等。
[0015]其中，对第一开关元件以及第二开关元件分别例如并联连接二极管，分别形成第一臂以及第二臂。即，第一开关元件形成第一臂，通过其开关动作能够切换第一臂中的驱动的接通断开。同样地，第二开关元件形成第二臂，通过其开关动作能够切换第二臂中的驱动的接通断开。
[0016]电压变换装置构成为除了上述各部位之外，还包括例如电抗器、平滑电容器等。
[0017]本发明涉及的电压变换装置的控制装置是对上述电压变换装置的动作进行控制的装置，例如可采用适当地包括一个或者多个CPlXCentral Processing Unit)、MPU(MicroProcessing Unit)、各种处理器或各种控制器,或者还包括ROM (Read Only Memory)> RAM(Random Access Memory)、缓冲存储器或者闪存等各种存储单元等的单体或者多个E⑶(Electronic Controlled Unit)等各种处理单元、各种控制器或者个人计算机装置等各种计算机系统等方式。
[0018]本发明涉及的电压变换装置的控制装置在动作时，利用占空指令信号生成单元生成与第一开关元件以及第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号。例如基于要输出的电压值或电流值等来决定占空指令信号。
[0019]另外，本发明涉及的电压变换装置的控制装置在动作时，利用载波信号生成单元分别生成与第一开关元件以及第二开关元件各自的开关频率对应的载波信号。载波信号作为具有预先设定的频率的信号而生成。其中，如后述那样，使用相互不同的载波信号来驱动第一开关元件以及第二开关元件。
[0020]由开关控制信号生成单元将占空指令信号以及载波信号相互比较，其结果，分别生成对第一开关元件以及第二开关元件各自的接通断开进行切换的开关控制信号。开关控制信号被供给第一开关元件以及第二开关元件。由此，可控制电压变换装置的第一臂以及第二臂的驱动。
[0021]上述的开关控制信号生成单元有时被单臂驱动控制单元控制成将第一开关元件以及第二开关元件择一地接通。根据这样的控制，可实现只利用包含第一开关元件的第一臂以及包含第二开关元件的第二臂中任意一方的单臂驱动。
[0022]在选择包含第一开关元件的第一臂以及第二开关元件时，单臂驱动控制单元例如基于要输出的电压值或电流值等，来判定应该利用第一臂以及第二臂中的哪个臂来进行单臂驱动。更具体而言，单臂驱动控制单元例如在与电压变换装置连接的电动发电机进行再生动作的情况下，利用第一臂进行单臂驱动，在进行牵引动作的情况下，利用第二臂进行单臂驱动。这样，单臂驱动控制单元按照适当地切换利用第一臂的单臂驱动以及利用第一臂的单臂驱动的方式进行控制。
[0023]这里，在本发明中，尤其在对利用第一臂的单臂驱动以及利用第二臂的单臂驱动相互切换的臂切换时，通过相位反转单元设成载波信号的相位在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态(B卩，仅一方被反转的状态)。更具体而言，相位反转单元使载波信号中的至少与刚刚进行了臂切换之后的第一开关元件或者第二开关元件的开关对应的部分的相位反转。即，与第一开关元件对应的载波信号和与第二开关元件对应的载波信号至少在刚刚进行了臂切换之后成为相位相互反转的状态。
[0024]若如上述那样使载波信号的相位反转，则在第一开关元件以及第二开关元件的开关的定时会产生载波信号的半个周期量的差。换言之，可确保载波信号的半个周期量的期间作为从将第一开关元件以及第二开关元件的一方断开到将另一方接通为止的期间。
[0025]这里，若假设从将第一开关元件以及第二开关元件的一方断开到将另一方接通为止的期间变短(即，如果第一开关元件以及第二开关元件的开关的定时相互接近)，则有可能导致第一开关元件以及第二开关元件短路。尤其在构成为半导体元件的开关元件中，尽管在接受开关控制信号之后实际电流被接通断开，但是会产生延迟，因此短路的危险性较闻。
[0026]另外，虽然可以考虑设置空载时间的方法作为防止上述短路的方法，但该情况下，电压变换装置中的最大升压比被空载时间限制。尤其在驱动频率进行高频化的情况下，空载时间对最大升压比造成的影响也变大。
[0027]然而，在本发明中，通过如上述那样使载波信号的相位反转，能够将载波信号的半个周期量的期间确保为从将第一开关元件以及第二开关元件的一方断开到将另一方接通为止的期间。因此，能够可靠地防止第一开关元件以及第二开关元件的短路。
[0028]此外，虽然优选与第一开关元件以及第二开关元件对应的各载波信号如上述那样为相位反转了的状态(即，相位相互错移180度的状态)，但即便不是完全反转的状态(即，即便不是严格地错移180度的状态)也能获得相应的效果。具体而言，例如即使在相位相互错移175度或者185度的状态下，也能够与第一开关元件以及第二开关元件的开关的定时相互错移的量相应地发挥上述效果。即，本发明涉及的“180度”可以包含少许余量来设定。
[0029]如以上说明那样，根据本发明涉及的电压变换装置的控制装置，能够不使电压变换装置中的升压比降低地防止上下臂中开关元件的短路。
[0030]在本发明的电压变换装置的控制装置的一个方式中，所述相位反转单元使所述载波信号的相位总是处于在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
[0031]根据该方式，由于与第一开关元件以及第二开关元件对应的载波信号的相位总是相互错移180度的状态，所以与仅在臂切换之际将相位错移那样的情况相比，能够简化处理。具体而言，可以省略将相位错移180度或将其返回的处理、判定是否将相位错移的处理等，能够相应地简化处理。
[0032]另外，在从载波信号错移了 180度的状态返回到不错移的状态那样的情况下，导致与第一开关元件或者第二开关元件对应的开关控制信号的长度暂时变短。该情况下，有可能导致电压变换装置中的最大升压比尽管是暂时的但是变低了。通过本方式，还能够防止这样的不良情况。
[0033]在本发明的电压变换装置的控制装置的另一方式中，具备:空载时间附加单元，其对所述开关控制信号附加所述第一开关元件或者所述第二开关元件双方变为断开的空载时间；和空载时间附加控制单元，其控制所述空载时间附加单元以便只对刚刚进行了所述臂切换之后的所述第一开关元件以及所述第二开关元件的开关附加所述空载时间。
[0034]根据该方式，利用空载时间附加单元对开关控制信号附加空载时间。而且，尤其利用空载时间附加控制单元只对刚刚进行臂切换之后的第一开关元件或者第二开关元件的开关附加空载时间。即，空载时间并不对全部开关控制附加，而只对有可能导致开关元件短路的开关控制附加。
[0035]空载时间如上述那样具有防止短路的效果，但另一方面还具有使电压变换装置中的最大升压比降低的效果。因此，如果仅在应该防止短路的定时附加空载时间，则能够更有效地防止短路。
[0036]在本发明的电压变换装置的控制装置的另一方式中，具备空载时间调整单元，所述空载时间调整单元基于所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率，来对由所述空载时间附加单元附加的所述空载时间的长度进行调整。
[0037]根据该方式，所附加的空载时间的长度被空载时间调整单元适当地调整。具体而言，空载时间调整单元基于第一开关元件以及第二开关元件的占空比率来调整空载时间的长度。其中，这里的“第一开关元件以及第二开关元件的占空比率”不只是表示占空比率自身的值，还包括用于决定占空比率的各种参数。因此，例如也可以基于要输出的电压值或电流值等来调整空载时间的长度。
[0038]空载时间的长度越长则越能可靠地防止开关元件的短路，另一方面，越短则越能抑制电压变换装置的最大升压比的降低。因此，若如上述那样适当地调整空载时间的长度，则不仅能够可靠地防止开关元件的短路，还能良好地抑制电压变换装置的最大升压比的降低。
[0039]为了解决上述课题，本发明的电压变换装置的控制方法是具备相互串联连接的第一开关元件以及第二开关元件的电压变换装置的控制方法，具备:占空指令信号生成步骤，生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号；载波信号生成步骤，分别生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的开关频率对应的载波信号；开关控制信号生成步骤，通过将所述占空指令信号以及所述载波信号相互比较，来分别生成对所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的接通断开进行切换的开关控制信号；单臂驱动控制步骤，通过按照将所述第一开关元件以及所述第二开关元件择一地接通的方式控制所述开关控制信号生成步骤，来实现只利用包含所述第一开关元件的第一臂以及包含所述第二开关元件的第二臂中任意一方的单臂驱动；和相位反转步骤，在对利用所述第一臂的单臂驱动以及利用所述第二臂的单臂驱动相互切换的臂切换时，使所述载波信号中的至少与刚刚进行了所述臂切换之后的所述第一开关元件或者所述第二开关元件的开关对应的部分的相位成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
[0040]根据本发明的电压变换装置的控制方法，由于和上述本发明的电压变换装置的控制装置同样，与第一开关元件以及第二开关元件对应的载波信号的相位成为相互错移180度的状态，所以可将载波信号的半个周期量的期间确保为从将第一开关元件以及第二开关元件的一方断开到将另一方接通为止的期间。因此，能够不使电压变换装置中的升压比降低地防止上下臂中的开关元件的短路。
[0041]此外，在本发明的电压变换装置的控制方法中，也能够应用上述本发明的电压变换装置的控制装置的各种方式。
[0042]本发明的作用以及其他有益效果可以通过以下说明的用于实施发明的方式而明了。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是表示搭载第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的车辆的整体构成的概略图。
[0044]图2是表示第一实施方式涉及的E⑶的构成的框图。
[0045]图3是表示第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作的流程图。
[0046]图4是表示第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置在动作时的各种参数的变化的时间图。
[0047]图5是表示比较例涉及的电压变换装置的控制装置在动作时的各种参数的变化的时间图。
[0048]图6是表示第二实施方式涉及的E⑶的构成的框图。
[0049]图7是表示第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作的流程图。
【具体实施方式】
[0050]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0051]<第一实施方式>
[0052]首先，参照图1对搭载第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的车辆的整体构成进行说明。这里，图1是表示搭载第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的车辆的整体构成的概略图。
[0053]在图1中，搭载第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的车辆100构成为以发动机40和电动发电机MGl以及MG2作为动力源的混合动力车辆。其中，车辆100的构成并不限定于此，也可以应用于能够通过来自蓄电装置的电力进行行驶的车辆(例如电动汽车或燃料电池汽车)等。另外，在本实施方式中，对电压变换装置的控制装置被搭载于车辆100的构成进行说明，但除了车辆以外，只要是被交流电动机驱动的设备便能够应用。[0054]车辆100构成为具备直流电压产生部20、负载装置45、平滑电容器C2、E⑶30。
[0055]直流电压产生部20包括蓄电装置28、系统继电器SR1、SR2、平滑电容器Cl、转换器12。
[0056]蓄电装置28构成为包括例如镍氢或者锂离子等二次电池、或双电层电容器等蓄电装置。另外，蓄电装置28输出的直流电压VB以及被输入输出的直流电流IB由电压传感器10以及电流传感器11分别检测。而且，电压传感器10以及电流传感器11将检测出的直流电压VB以及直流电流IB的检测值输出至E⑶30。
[0057]系统继电器SRl连接在蓄电装置28的正极端子与电力线PLl之间，系统继电器SR2连接在蓄电装置28的负极端子与接地线NL之间。系统继电器SRl、SR2被来自E⑶30的信号SE控制，切换电力从蓄电装置28向转换器12的供给和切断。
[0058]转换器12是本发明的“电压变换装置”的一个例子，包括电抗器L1、开关元件Q1、Q2、二极管D1、D2。开关元件Ql以及Q2是本发明的“第一开关元件”以及“第二开关元件”的一个例子，串联连接在电力线PL2与接地线NL之间。开关元件Ql以及Q2被来自ECU30的开关控制信号PWC控制。
[0059]开关元件Ql以及Q2例如可使用IGBT、电力用MOS晶体管或者电力用双极型晶体管等。针对开关元件Q1、Q2逆并联配置二极管D1、D2。电抗器LI被设在开关元件Ql以及Q2的连接节点与电力线PLl之间。另外，平滑电容器C2被设在电力线PL2与接地线NL之间。
[0060]电流传感器18检测流过电抗器LI的电抗器电流，将其检测值IL输出至E⑶30。
[0061]负载装置45包括逆变器23、电动发电机MG1、MG2、发动机40、动力分割机构41以及驱动轮42。另外，逆变器23包括用于驱动电动发电机MGl的逆变器14、用于驱动电动发电机MG2的逆变器22。此外，并不需要如图1那样具备两组逆变器以及电动发电机，例如也可以构成为只具备逆变器14与电动发电机MGl，或者逆变器22与电动发电机MG2中的任意I组。
[0062]电动发电机MGl、MG2接受由逆变器23供给的交流电力来产生车辆推进用的旋转驱动力。另外，电动发电机MG1、MG2从外部接受旋转力，根据来自ECU30的再生转矩指令发出交流电力，并且对车辆100产生再生制动力。
[0063]另外，电动发电机MG1、MG2经由动力分割机构41都与发动机40连结。而且，发动机40产生的驱动力与电动发电机MG1、MG2产生的驱动力被控制成为最佳的比率。另外，也可以使电动发电机MG1、MG2中的任意一个专门作为电动机发挥功能,使另一个电动发电机专门作为发电机发挥功能。其中，在第一实施方式中，使电动发电机MGl作为被发动机40驱动的发电机发挥功能，使电动发电机MG2作为对驱动轮42进行驱动的电动机发挥功能。
[0064]为了将发动机40的动力分配给驱动轮42与电动发电机MGl双方，动力分割机构41例如使用行星齿轮机构(行星齿轮)。
[0065]逆变器14从转换器12接受升压后的电压，例如为了使发动机40启动而驱动电动发电机MG1。另外，逆变器14将利用从发动机40传递的机械动力使电动发电机MGl发出的再生电力输出至转换器12。此时，转换器12被E⑶30控制成作为降压电路进行动作。
[0066]逆变器14并联连接在电力线PL2与接地线NL之间，构成为包括U相上下臂15、V相上下臂16、W相上下臂17。各相上下臂由串联连接在电力线PL2与接地线NL之间的开关元件构成。例如，U相上下臂15由开关元件Q3、Q4构成，V相上下臂16由开关元件Q5、Q6构成，W相上下臂17由开关元件Q7、Q8构成。另外，针对开关元件Q3?Q8分别逆并联连接二极管D3?D8。开关元件Q3?Q8被来自E⑶30的开关控制信号PWI控制。
[0067]例如电动发电机MGl是3相永磁铁型同步电动机，U、V、W相的3个线圈的一端公共连接于中性点。并且，各相线圈的另一端与各相上下臂15?17的开关元件的连接节点连接。
[0068]逆变器22相对于转换器12与逆变器14并联连接。
[0069]逆变器22将转换器12对驱动驱动轮42的电动发电机MG2输出的直流电压变换成三相交流并输出。另外，逆变器22将伴随着再生制动在电动发电机MG2中发出的再生电力输出至转换器12。此时，转换器12被E⑶30控制成作为降压电路进行动作。逆变器22的内部构成虽未图示，但与逆变器14相同，省略详细的说明。
[0070]转换器12基本上被控制成在各开关周期内开关元件Ql以及Q2互补且交替地接通/断开。转换器12在升压动作时，将从蓄电装置28供给来的直流电压VB升压成直流电压VM(以下将与向逆变器14输入的输入电压相当的该直流电压也称为“系统电压”)。该升压动作通过将在开关元件Q2的接通期间电抗器LI中积蓄的电磁能经由开关元件Ql以及逆并联二极管Dl向电力线PL2供给来进行。
[0071]另外，转换器12在降压动作时将直流电压VM降压成直流电压VB。该降压动作通过将在开关元件Ql的接通期间电抗器LI中积蓄的电磁能经由开关元件Q2以及逆并联二极管D2向接地线NL供给来进行。
[0072]这些升压动作以及降压动作中的电压变换比(VM以及VB之比)由上述开关周期中的开关元件Q1、Q2的接通期间比(占空比)控制。此外，只要将开关元件Ql以及Q2分别固定为接通以及断开即可，也可以设为VM = VB (电压变换比=1.0)。
[0073]平滑电容器C2对来自转换器12的直流电压进行平滑化，将该平滑化后的直流电压向逆变器23供给。电压传感器13检测平滑电容器C2两端的电压、即检测系统电压VM，将其检测值向E⑶30输出。
[0074]在电动发电机MGl的转矩指令值为正(TRl > O)的情况下，逆变器14如果被从平滑电容器C2供给直流电压，则通过响应于来自E⑶30的开关控制信号PWIl的、开关元件Q3?Q8的开关动作来驱动电动发电机MGl，以便将直流电压变换成交流电压而输出正的转矩。另外，在电动发电机MGl的转矩指令值为零的情况(TRl = O)下，逆变器14通过响应于开关控制信号PWIl的开关动作来驱动电动发电机MGl，以便将直流电压变化成交流电压而使转矩为零。由此，电动发电机MGl被驱动成产生由转矩指令值TRl指定的零转矩或者正转矩。
[0075]并且，在车辆100的再生制动时，电动发电机MGl的转矩指令值TRl被设定为负(TRl < O)。该情况下，逆变器14通过响应于开关控制信号PWIl的开关动作，将电动发电机MGl发出的交流电压变换成直流电压，并将该变换后的直流电压(系统电压)经由平滑电容器C2向转换器12供给。其中，这里所说的再生制动包括:存在由驾驶电动车辆的驾驶员实施的脚踏制动器操作时的伴随再生发电的制动、虽然未操作脚踏制动器但在行驶过程中通过将加速器踏板断开来进行再生发电并且使车辆减速(或者中止加速)的制动。
[0076]对于逆变器22也同样，接受与电动发电机MG2的转矩指令值对应的来自ECU30的开关控制信号PWI2，通过响应于开关控制信号PWI2的开关动作驱动电动发电机MG2，以便将直流电压变换成交流电压而成为规定转矩。
[0077]电流传感器24、25检测流向电动发电机MG1、MG2的马达电流MCRT1、MCRT2，将其检测出的马达电流向ECU30输出。其中，由于U相、V相、W相各相的电流的瞬时值之和为零，所以只要如图1所示那样将电流传感器24、25配置成检测两相的马达电流即可。
[0078]旋转角传感器(分解器)26,27检测电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ 1、Θ 2，将其检测出的旋转角Θ1、Θ 2送给E⑶30。在E⑶30中，可基于旋转角Θ1、Θ 2来计算电动发电机MG1、MG2的旋转速度MRN1、MRN2以及角速度ω?、ω2 (rad / S)。此外，对于旋转角传感器26、27而言，也可以通过由E⑶30根据马达电压、电流直接运算旋转角Θ 1、Θ2而不进行配置。
[0079]E⑶30是本发明的“电压变换装置的控制装置”的一个例子，虽然都未图示，但包括CPU (Central Processing Unit)、存储装置以及输入输出缓冲器，对车辆100的各设备进行控制。此外，对于它们的控制而言，并不限于通过软件进行的处理，也能够由专用的硬件(电子电路)构建来进行处理。
[0080]作为代表性的功能，E⑶30基于被输入的转矩指令值TR1、TR2、由电压传感器10检测出的直流电压VB、由电流传感器11检测出的直流电流IB、由电压传感器13检测出的系统电压VM以及来自电流传感器24、25的马达电流MCRTl、MCRT2、来自旋转角传感器26、27的旋转角Θ 1、Θ 2等，来控 制转换器12以及逆变器23的动作，以使电动发电机MG1、MG2输出遵照转矩指令值TR1、TR2的转矩。即，生成用于如上述那样控制转换器12以及逆变器23的开关控制信号PWC、PWI1、PWI2，并分别输出至转换器12以及逆变器23。
[0081]在转换器12的升压动作时，E⑶30对系统电压VM进行反馈控制，按照系统电压VM与电压指令值一致的方式生成开关控制信号PWC。
[0082]另外，若车辆100进入再生制动模式，则E⑶30为了将由电动发电机MGl、MG2发出的交流电压变换成直流电压而生成开关控制信号PWI1、PWI2并向逆变器23输出。由此，逆变器23将由电动发电机MG1、MG2发出的交流电压变换成直流电压并向转换器12供给。
[0083]并且，若车辆100进入再生制动模式，则E⑶30为了对从逆变器23供给来的直流电压进行降压而生成开关控制信号PWC，并向转换器12输出。由此，电动发电机MG1、MG2发出的交流电压被变换成直流电压，进而被降压而供给至蓄电装置28。
[0084]接下来，参照图2对作为第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的E⑶30的具体构成进行说明。这里，图2是表示第一实施方式涉及的ECU的构成的框图。
[0085]在图2中，第一实施方式涉及的ECU30构成为具备电压指令生成部200、电压控制部210、上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232、取样保持部240、载波信号生成部250、基准值运算部260、单臂驱动判定部270以及相位反转部280。
[0086]电压指令生成部200接受向电动发电机MGl、MG2的要求转矩TRl、TR2、电动发电机MG1、MG2的旋转速度MRN1、MRN2的输入。而且，基于这些信息，电压指令生成部200生成转换器12的输出电压(即，逆变器14的输入电压)的电压指令VREF。
[0087]电压控制部210是本发明的“占空指令信号生成单元”的一个例子，构成为具备:包括减法部211以及电压控制运算部212的电流指令生成部213、和包括减法部221以及电流控制运算部222的电流控制部220。[0088]电流指令生成部213中的减法部211运算从电压指令生成部200接受输入的电压指令VREF、与由电压传感器13检测出的转换器12的系统电压的反馈值VM之间的电压偏差，将运算结果输出给电压控制运算部212。
[0089]电压控制运算部212通过对由减法部211运算出的电压偏差进行PI运算，来运算流向电抗器LI的电抗器电流指令值ILREF。
[0090]这样，在电流指令生成部213中，通过进行转换器12的系统电压的反馈控制，来运算电抗器电流指令值ILREF。
[0091]而且，电压控制运算部212将该电抗器电流指令值ILREF输出至电流控制部220以及单臂驱动判定部270。
[0092]电流控制部220中的减法部221运算来自电压控制运算部212的电抗器电流指令值ILREF、与被取样保持部240按每个开关周期保持了检测值的电抗器电流IL的反馈值之间的电流偏差，并输出至电流控制运算部222。
[0093]电流控制运算部222通过对由减法部221运算出的电流偏差进行PI运算，来运算开关元件Q1、Q2的占空DUTY。此外，在根据来自后述的单臂驱动判定部270的选择标志SEL而选择了开关元件Ql或者Q2的单臂驱动控制的情况下，电流控制运算部222按照仅由被选择侧的开关元件输出电抗器电流指令值ILREF的方式来运算占空DUTY。
[0094]上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232是本发明的“开关控制信号生成单元”的一个例子，基于来自电流控制运算部222的占空DUTY、与来自载波信号生成部250以及相位反转部280的搬运波CR的比较，来生成对转换器12的各相的上下臂的开关元件Q1、Q2的接通断开进行控制的开关控制信号PWC。此时，上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232根据来自单臂驱动判定部270的选择标志SEL来选择要驱动的开关元件Q1、Q2。
[0095]根据该开关控制信号PWC，在电动发电机MG1、MG2进行牵引的情况下，将来自蓄电装置28的输出电压升压至所希望的逆变器23的输入电压。另外，在电动发电机MG1、MG2进行再生的情况下，将由电动发电机MGl、MG2发出并被逆变器23变换后的直流电力降压至蓄电装置28能够充电的电压。
[0096]载波信号生成部250是本发明的“载波信号生成单元”的一个例子，将规定的载波频率的载波信号CR输出至下臂驱动指令生成部232以及相位反转部280。另外，载波信号生成部250按载波信号CR的每个周期向取样保持部240输出取样信号SMP。取样保持部240在被输入各取样信号SMP时，检测由电流传感器18检测出的电抗器电流IL并进行保持，将其检测出的电流值输出至减法部221。
[0097]基准值运算部260接受蓄电装置28的输出电压VB、和系统电压VM的输入。而且，根据这些信息，运算出在搬运波CR的I个周期中变成电抗器电流IL的方向从正切换为负或者从负切换为正的状态的电流基准值IL1，并输出至单臂驱动判定部270。
[0098]单臂驱动判定部270接受来自电压控制运算部212的电抗器电流指令值ILREF、和来自基准值运算部260的电流基准值ILl的输入。单臂驱动判定部270基于这些信息来进行要驱动的开关元件的选择。而且，单臂驱动判定部270将作为选择结果的选择标志SEL向上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232输出。
[0099]相位反转部280是本发明的“相位反转单元”的一个例子，将由载波信号生成部250输出的载波信号的相位反转，并输出至上臂驱动指令生成部231。由此，在被输入至上臂驱动指令生成部231的载波信号、与被输入至下臂驱动指令生成部232的载波信号中，成为相位相互错移180度的状态。对于将载波信号CR的相位错移所带来的效果将在后面详述。
[0100]包含上述各部位而构成的ECU30是一体构成的电子控制单元，构成为上述各部位涉及的动作全部由ECU30执行。其中，本发明涉及的上述部位的物理、机械以及电构成并不限定于此，例如这些各部位也可以构成为多个E⑶、各种处理单元、各种控制器或者个人计算机装置等各种计算机系统等。
[0101]接下来，参照图3对第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作进行说明。这里，图3是表示第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作的流程图。其中，图3所示的流程图中的各步骤可通过将ECU30中预先储存的程序以规定周期执行来实现。或者，一部分步骤也可以通过构建专用硬件(电子电路)来实现处理。
[0102]在图3中，当第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置动作时，E⑶30利用电压指令生成部200来运算电压指令VREF (步骤S101)。
[0103]接着，E⑶30利用电压控制运算部212来运算电抗器电流指令值ILREF (步骤S102)。
[0104]接下来，ECU30判定电抗器电流指令ILREF是否为正、即电动发电机MGl、MG2是否被以牵引状态控制(步骤S103)。
[0105]这里，在电抗器电流指令ILREF为正的情况下(步骤S103:是)，E⑶30利用单臂驱动判定部270进行设定，以便进行作为下臂的开关元件Q2的单臂驱动控制(步骤S104)。
[0106]另一方面，在电抗器电流指令ILREF为零或者负的情况下(步骤S103:否)，由于电动发电机MG1、MG2被以再生状态控制，所以ECU30设定成进行作为上臂的开关元件Ql的单臂驱动控制(步骤S105)。此外，由于在电抗器电流指令ILREF为零的情况下，不通过转换器12进行电压变换，所以实际上上下臂都不被驱动。
[0107]接下来，E⑶30基于在步骤S104或者步骤S105中设定的驱动臂、和电抗器电流指令值ILREF，利用电流控制运算部222来运算开关元件Ql、Q2的占空DUTY (占空比)(步骤S106)。
[0108]而且，ECU30基于开关元件Q1、Q2的占空DUTY与载波信号CR的比较，利用上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232生成对转换器12的开关元件Ql、Q2进行驱动的开关控制信号PWCl以及PWC2，并输出至转换器12。
[0109]通过按照由以上那样的处理生成的开关控制信号PWC来控制转换器12，按照在电动发电机MGl、MG2进行牵引的情况下仅下臂(开关元件Q2 )被驱动，另外在电动发电机MGl、MG2进行再生的情况下仅上臂(开关元件Ql)被驱动的方式执行控制。
[0110]以下，参照图4以及图5对上述的电压变换装置的控制装置的动作更具体地进行说明。这里，图4是表示第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置在动作时的各种参数的变化的时间图。另外，图5是表示比较例涉及的电压变换装置的控制装置在动作时的各种参数的变化的时间图。
[0111]在图4中，对上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232被输入的载波信号而言，由于在相位反转部280中只有与上臂驱动指令生成部231对应的一方的相位被反转，所以如图所示那样成为相位相互错移180度的状态。
[0112]这里，针对如图所示那样，首先电动发电机MGl以及MG2进行牵引动作，接着进行再生动作，最后再次进行牵引动作那样的情况的控制进行考虑。
[0113]在电动发电机MGl以及MG2进行牵引动作的情况下，开关元件Ql被断开，Q2被接通，进行基于下臂的单臂驱动(以下适当地称为“下臂驱动”)。因此，与开关元件Q2对应的开关控制信号PWC2按照下臂用的载波信号(即，未被反转的载波信号)的定时被输出。
[0114]另一方面，在电动发电机MGl以及MG2进行再生动作的情况下，开关元件Ql被接通，Q2被断开，进行基于上臂的单臂驱动(以下适当地称为“上臂驱动”)。因此，与开关元件Ql对应的开关控制信号PWCl按照上臂用的载波信号(即，被反转后的载波信号)的定时被输出。
[0115]这里，尤其在从下臂驱动向上臂驱动切换时，首先将被接通的开关元件Q2断开，接着将被断开的开关元件Ql接通。此时，如果从将开关元件Q2断开起到将开关元件Ql接通为止的期间变短，则有可能导致开关元件Ql以及Q2相互短路。尤其在构成为半导体元件的开关元件中，尽管在接受开关控制信号PWC之后实际电流被接通断开，但是会出现延迟，因此短路的危险性较高。这里，将为了防止这样的短路而应该空开的期间图示为防短路期间。
[0116]在第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置中，如上述那样，成为上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232被输入的载波信号的相位相互错移180度的状态。因此，从将开关元件Q2断开到将开关元件Ql接通为止的期间，可确保载波信号CR的半个周期量。
[0117]这里，考虑未如第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置那样载波信号CR的相位被反转的情况。
[0118]在图5中，在比较例涉及的电压变换装置的控制装置中，没有成为上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232被输入的载波信号的相位相互反转的状态，上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232被输入相互共通的载波信号。在这样的情况下，如果进行从下臂驱动向上臂驱动的切换，则从开关元件Q2被断开起，在比较早的阶段开关元件Ql被接通，结果导致开关元件Ql以及Q2相互短路的可能性变高。
[0119]与此相对，在第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置中，通过如上述那样使载波信号的相位反转，能够将载波信号的半个周期量的期间确保为从将开关元件Q2断开到将开关元件Ql接通为止的期间。这里，参照图4也可知，载波信号的半个周期量的期间与防短路期间相比足够长。因此，根据第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置，能够可靠地防止开关元件Ql以及Q2的短路。
[0120]另外，作为防止上述的短路的方法，可考虑附加空载时间(B卩，将开关元件Ql以及Q2都断开的期间)的方法，但该情况下，会导致转换器12中的最大升压比被空载时间限制。尤其在转换器12的驱动频率进行高频化的情况下，空载时间对最大升压比赋予的影响也变大。
[0121]与此相对，在第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置中，由于能够不附加空载时间地防止短路，所以可以有效地抑制转换器12中的最大升压比的降低。
[0122]此外，在上述的说明中仅对将牵引动作切换成再生动作的情况(B卩，下臂驱动切换成上臂驱动的情况)进行了说明，但根据图4也可知，即使在将再生动作切换成牵引动作的情况下(即，上臂驱动切换成下臂驱动的情况下)，也可获得同样的效果。具体而言，由于从将开关元件Ql断开到将开关元件Q2接通的期间被确保载波信号的半个周期量，所以能够可靠地防止开关元件Ql以及Q2的短路。
[0123]如以上说明那样，根据第一实施方式涉及的电压变换装置的控制装置，由于成为与开关元件Ql以及Q2分别对应的载波信号的相位相互错移180度的状态，所以可将载波信号的半个周期量的期间确保为从将开关元件Ql以及Q2的一方断开到将另一方接通为止的期间。因此，能够不使转换器12中的升压比降低地恰好防止上下臂中的开关元件Ql以及Q2的短路。
[0124]<第二实施方式>
[0125]接下来，对第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置进行说明。其中，第二实施方式与上述的第一实施方式相比，仅一部分构成以及动作不同，其他部分大体相同。因此，以下针对与第一实施方式不同的部分详细进行说明，对于其他重复的部分适当地省略说明。
[0126]首先，参照图6对作为第二实施方式涉及的电压变换装置的控制措置的E⑶30的具体构成进行说明。这里，图6是表示第二实施方式涉及的ECU的构成的框图。
[0127]在图6中，第二实施方式涉及的E⑶30构成为除了第一实施方式涉及的E⑶30(参照图2)所具备的各部位之外，还具备空载时间附加部310和空载时间附加判定部320。
[0128]空载时间附加部310是本发明的“空载时间附加单元”的一个例子，能够在对从上臂驱动指令生成部231以及下臂驱动指令生成部232输出的开关控制信号PWCl以及PWC2分别附加空载时间的基础上将它们输出。
[0129]空载时间附加判定部320是本发明的“空载时间附加判定单元”的一个例子，基于空载时间控制信号DT来控制空载时间附加部310，以便仅对刚刚进行了臂切换之后的开关附加空载时间。另外，空载时间附加判定部320也可以具有对空载时间附加部310附加的空载时间的长度进行调整那样的功能。即，空载时间附加判定部320也可以作为本发明的“空载时间调整单元”的一个例子发挥功能。
[0130]接下来，参照图7对第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作进行说明。这里，图7是表示第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置的动作的流程图。其中，在图7中将图3所示的电压变换装置的控制装置的处理的一部分省略来进行图示，以下针对第二实施方式特有的与空载时间的附加有关的处理详细进行说明。
[0131]在图7中，当第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置动作时，若单臂驱动判定部270为了进行单臂驱动而选择上下臂的一方(换言之，选择开关元件Ql以及Q2中的任意一方)(步骤S201)，则空载时间附加判定部320判定是否存在上下臂切换(步骤S202)。更具体而言，空载时间附加判定部320判定是否是从上臂驱动向下臂驱动，或者从下臂驱动向上臂驱动的切换定时。
[0132]这里，在判定为存在上下臂切换的情况下(步骤S202:是)，空载时间附加控制部320将空载时间的长度设定为规定值(步骤S203)。由此，在空载时间附加部310中，被附加具有规定值的长度的空载时间。
[0133]另一方面，在判定为没有上下臂切换的情况下(步骤S202:否)，空载时间附加控制部320将空载时间的长度设定为零(步骤S204)。由此，在空载时间附加部310中，成为未被附加空载时间的状态。
[0134]根据以上那样的控制，仅对刚刚进行了臂切换之后的开关控制附加空载时间。即，空载时间并不针对全部的开关控制附加，仅对有可能导致开关元件Ql以及Q2短路的开关控制附加。
[0135]空载时间虽然如上述那样具有防止短路的效果，但另一方面也具有使转换器12中的最大升压比降低的效果。因此，如果仅在应该防止短路的定时附加空载时间，增能够更有效地防止短路。
[0136]另外，空载时间附加判定部320也可以如上述那样能够调整空载时间的长度。即，可以变更步骤S203中的规定值。空载时间的长度越长则越能够可靠地防止开关元件的短路，另一方面，空载时间的长度越短则越能够抑制转换器12的最大升压比的降低。因此，如果适当地调整空载时间的长度，则不仅能够可靠地防止开关元件Ql以及Q2的短路，还能够抑制转换器12的最大升压比的降低。
[0137]此外，空载时间附加判定部320例如只要基于占空比、向转换器12输入的输入电压Vm等来调整空载时间的长度即可。
[0138]如以上说明那样，根据第二实施方式涉及的电压变换装置的控制装置，通过附加空载时间，能够比第一实施方式更可靠地防止开关元件Ql以及Q2的短路，同时能够有效地抑制因附加空载时间引起的转换器12的最大升压比的降低。
[0139]本发明并不限定于上述的实施方式，能够在权利要求的范围以及不违反根据说明书整体而理解的发明主旨或者思想的范围适当进行变更，伴随着这样的变更的电压变换装置的控制装置以及控制方法也包含在本发明的技术范围。
[0140]附图标记说明
[0141]12-转换器；20_直流电压产生部；22、23_逆变器；28_蓄电装置；30_ECU ;40_发动机；41_动力分割机构；42_驱动轮；45_负载装置；100_车辆；200_电压指令生成部；210-电压控制部；211-减法部；212-电压控制运算部；213-电流指令生成部；220_电流控制部；221_减法部；222_电流控制运算部；231_上臂驱动指令生成部；232_下臂驱动指令生成部；240_取样保持部；250_载波信号生成部；260_基准值运算部；270_单臂驱动判定部；280_相位反转部；310-空载时间附加部；320-空载时间附加判定部；C2_平滑电容器；D1、D2-二极管；L1-电抗器；MG1、MG2-电动发电机；Q1、Q2_开关元件；SR1、SR2-系统继电器。
【权利要求】
1.一种电压变换装置的控制装置，是具备相互串联连接的第一开关元件以及第二开关元件的电压变换装置的控制装置，其特征在于，具备: 占空指令信号生成单元，其生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号； 载波信号生成单元，其分别生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的开关频率对应的载波信号； 开关控制信号生成单元，其通过将所述占空指令信号与所述载波信号相互比较，来分别生成切换所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的接通断开的开关控制信号；单臂驱动控制单元，其通过按照将所述第一开关元件以及所述第二开关元件择一地接通的方式控制所述开关控制信号生成单元，来实现仅利用包含所述第一开关元件的第一臂以及包含所述第二开关元件的第二臂中任意一方的单臂驱动；和 相位反转单元，其在将利用所述第一臂的单臂驱动以及利用所述第二臂的单臂驱动相互切换的臂切换时，使所述载波信号中的至少与刚刚进行所述臂切换之后的所述第一开关元件或者所述第二开关元件的开关对应的部分的相位成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
2.根据权利要求1所述的电压变换装置的控制装置，其特征在于， 所述相位反转单元使所述载波信号的相位总是成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
3.根据权利要求1所述的电压变换装置的控制装置，其特征在于，还具备: 空载时间附加单元，其对所述开关控制信号附加所述第一开关元件或者所述第二开关元件双方变为断开的空载时间；和 空载时间附加控制单元，其控制所述空载时间附加单元以便只对刚刚进行所述臂切换之后的所述第一开关元件以及所述第二开关元件的开关附加所述空载时间。
4.根据权利要求3所述的电压变换装置的控制装置，其特征在于， 还具备空载时间调整单元，所述空载时间调整单元基于所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率来对由所述空载时间附加单元附加的所述空载时间的长度进行调整。
5.一种电压变换装置的控制方法，是具备相互串联连接的第一开关元件以及第二开关元件的电压变换装置的控制方法，其特征在于，具备: 占空指令信号生成步骤，生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号； 载波信号生成步骤，分别生成与所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的开关频率对应的载波信号； 开关控制信号生成步骤，通过将所述占空指令信号与所述载波信号相互比较，来分别生成切换所述第一开关元件以及所述第二开关元件各自的接通断开的开关控制信号； 单臂驱动控制步骤，通过按照将所述第一开关元件以及所述第二开关元件择一地接通的方式控制所述开关控制信号生成步骤，来实现仅利用包含所述第一开关元件的第一臂以及包含所述第二开关元件的第二臂中任意一方的单臂驱动；以及.相位反转步骤，在将利用所述第一臂的单臂驱动以及利用所述第二臂的单臂驱动相互切换的臂切换时，使所述载波信号中的至少与刚刚进行所述臂切换之后的所述第一开关元件或者所述第二开关元件的开关对应的部分的相位成为在第一开关元件以及第二开关元件中相互错移180度的状态。
【文档编号】H02M3/155GK103843239SQ201180073928
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2011年10月7日 优先权日:2011年10月7日
【发明者】高松直义, 冈村贤树 申请人:丰田自动车株式会社