电压转换装置的控制装置制造方法

电压转换装置的控制装置制造方法
【专利摘要】电压转换装置的控制装置(30)控制通过将第一及第二开关元件(Q1、Q2)择一地接通而能够实现单臂驱动的电压转换装置(12)。电压转换装置的控制装置具备：开关控制信号生成单元，分别生成对第一及第二开关元件各自的通断进行切换的开关控制信号(PWI1、PWI2)；电流检测单元，在相互切换基于第一臂及第二臂的单臂驱动时，在开关控制信号的上升定时，检测在第一或第二开关元件流动的驱动电流的电流值(IL)；电流推定单元，使用检测出的电流值来推定驱动电流的平均值；及电流控制单元，基于推定出的平均值来控制驱动电流。
【专利说明】电压转换装置的控制装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及例如搭载于车辆等的电压转换装置的控制装置的【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 近年来，作为考虑了环境的车辆，搭载蓄电装置（例如二次电池或电容器等）且使 用根据蓄积于蓄电装置的电力产生的驱动力来行驶的电动车辆引起关注。该电动车辆包含 例如电动车、混合动力车、燃料电池车等。
[0003] 在这些电动车辆中，有时具备电动发电机，该电动发电机用于在起步时或加速时 从蓄电装置接收电力而产生行驶用的驱动力，并且在制动时通过再生制动而进行发电，从 而向蓄电装置蓄积电能。如此，为了根据行驶状态来控制电动发电机，而在电动车辆上搭载 逆变器。
[0004] 在这样的车辆中，为了稳定地供给因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转换装置（转换器）。通过该转换器，使逆变器的输入 电压高于蓄电装置的输出电压，能够实现电动机的高输出化，并减少同一输出时的电动机 电流，由此能够实现逆变器及电动机的小型化、低成本化。
[0005] 并且，为了电动车辆的进一步的燃油经济性提高，减少该转换器的损失而提高效 率至关重要。因此，例如在专利文献1至3中，提出了仅通过单臂来使升压转换器开关驱动 这样的技术。根据这样的技术，使电流脉动减少，相应地能够减少转换器的损失。
[0006] 专利文献1 :日本特开2011-120329号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2006-074932号公报
[0008] 专利文献3 :国际公开2010-137127号公报


【发明内容】

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 在进行单臂驱动的情况下，对应于电流方向从正（即，牵引）经由〇而切换成负 (即，再生），要求对驱动的臂进行切换。而且，电抗器电流为不连续模式的电流零附近不进 行通常的控制，而要求对电抗器电流进行非线性的控制。以上的结果可认为，在单臂驱动 时，在准确地掌握了电抗器电流变为零的定时的基础上进行控制至关重要。
[0011] 然而，例如一般的电流传感器在使用中使电磁钢板（芯部）磁化，因此取得的电流 值可能产生偏置。偏置例如在电流未流动时也可以校正，但是电流流动时的校正困难，因而 通过电流传感器难以始终持续检测准确的电流值。因此，在单臂驱动时，在适当的定时执行 适当的控制的情况可以说决不容易。
[0012] 如以上那样，在进行上述的专利文献1至3记载的单臂驱动的情况下，难以准确地 检测零电流附近的电流值，因此具有在臂的切换时可能无法执行适当的控制这样的技术性 的问题点。
[0013] 本发明鉴于上述的问题点而作出，课题在于提供一种能够准确地检测在电压转换 装置中流动的电流的电流值且能够执行适当的驱动控制的电压转换装置的控制装置。
[0014] 用于解决课题的方案
[0015] 本发明的电压转换装置的控制装置为了解决上述课题，涉及一种电压转换装置的 控制装置，通过将相互串联连接的第一开关元件及第二开关元件择一地接通，能够实现仅 基于包含所述第一开关元件而成的第一臂和包含所述第二开关元件而成的第二臂中的任 一方的单臂驱动，所述电压转换装置的控制装置具备：开关控制信号生成单元，分别生成对 所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的通断进行切换的开关控制信号；电流检测单 元，在相互切换基于所述第一臂的单臂驱动和基于所述第二臂的单臂驱动时，在所述开关 控制信号的上升定时，所述电流检测单元检测在所述第一开关元件或所述第二开关元件中 流动的驱动电流的电流值；电流推定单元，使用检测出的所述电流值来推定所述驱动电流 的平均值；及电流控制单元，基于推定出的所述平均值来控制所述驱动电流。
[0016] 本发明的电压转换装置是例如搭载于车辆的转换器，具备相互串联连接的 第一开关元件及第二开关元件。作为第一开关元件及第二开关元件，可以使用例如 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)、电力用 MOS (Metal Oxide Semiconductor) 晶体管、或电力用双极晶体管等。
[0017] 另外，在第一开关元件及第二开关元件上分别并联地连接例如二极管，分别形成 第一臂及第二臂。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 动的通断。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 的通断。
[0018] 另外，本发明的电压转换装置尤其是以通过将第一开关元件及第二开关元件择一 地接通的方式进行控制，能够实现仅基于包含第一开关元件而成的第一臂和包含第二开关 元件而成的第二臂中的任一方的单臂驱动。
[0019] 在进行单臂驱动时，例如基于应输出的电压值、电流值等，判定应利用第一臂及第 二臂中的哪一个臂进行单臂驱动。更具体而言，例如在与电压转换装置连接的电动发电机 进行再生动作时，选择基于第一臂的单臂驱动，在进行牵引动作时，选择基于第二臂的单臂 驱动。如此，在单臂驱动时，能适当地切换基于第一臂的单臂驱动及基于第一臂的单臂驱 动。
[0020] 本发明的电压转换装置的控制装置是对上述的电压转换装置的动作进行控制 的装置，可采用例如适当包括一个或多个CPU (Central Processing Unit)、MPU (Micro Processing Unit)、各种处理器或各种控制器、或者还包括R0M(Read Only Memory)、 RAM(Random Access Memory)、缓冲存储器或闪光存储器等各种存储单元等的、单个或多个 EOJ(Electronic Controlled Unit)等的各种处理单元、各种控制器或微机装置等各种计 算机系统等方式。
[0021] 在本发明的电压转换装置的控制装置动作时，通过开关控制信号生成单元，分别 生成对第一开关元件及第二开关元件各自的通断进行切换的开关控制信号。具体而言，例 如通过将与第一开关元件和第二开关元件的占空比率对应的占空指令信号及与第一开关 元件和第二开关元件的开关频率对应的载波信号相互比较，由此生成开关控制信号。生成 的开关控制信号向第一开关元件及第二开关元件供给，由此来控制电压转换装置的第一臂 及第二臂的驱动。
[0022] 在此，在本发明中尤其是在相互切换基于第一臂的单臂驱动及基于第二臂的单臂 驱动时，进行基于电流检测单元的驱动电流（即，在第一开关元件或第二开关元件中流动 的电流）的电流值的检测。另外，在此的"相互切换基于第一臂的单臂驱动及基于第二臂的 单臂驱动时"不是将第一开关元件及第二开关元件各自的通断切换的瞬间，而是包括能够 判断为驱动的臂存在切换的可能性的期间（例如，驱动电流的电流值为接近臂切换的阈值 即零的状态的期间）的广泛的概念。
[0023] 另外，上述的电流检测单元对驱动电流的电流值的检测在与第一开关元件和第二 开关元件中的驱动的一方的开关元件相对的开关控制信号的上升定时进行。因此，所检测 的驱动电流的电流值为通过开关元件的通断而周期性地上下的电流值的极值（在电流值 为正时为极小值，在电流值为负时为极大值）。另外，在此的"上升定时"不仅是开关控制信 号的脉冲上升的瞬间，只要是能检测出上述的极值的定时即可，可以是从脉冲的上升稍偏 离的定时。
[0024] 当通过电流检测单元检测出驱动电流的电流值时，通过电流推定单元，根据检测 出的电流值来推定驱动电流的平均值。另外，在此的"平均值"不是比较长的期间的平均值， 而是通过开关元件的通断而周期性地上下的电流值的瞬间的平均值（即，周期性地上下的 电流值的比较短的期间内的实质的值）。因此，单臂驱动时的臂的切换不是暂时地驱动电流 的电流值变为零的定时，可以说优选在驱动电流的平均值变为零的定时进行。
[0025] 当通过电流推定单元来推定驱动电流的平均值时，通过电流控制单元，基于推定 出的驱动电流的平均值来进行驱动电流的控制。即，电流控制单元在掌握了驱动电流的平 均值的基础上，使驱动电流向应实现的值变化。电流控制单元例如以变更开关控制信号的 脉冲宽度的方式控制开关控制信号生成单元，由此控制驱动电流。
[0026] 在此，在单臂驱动时，驱动电流仅在第一开关元件和第二开关元件中的一方流动。 因此，在电流值为正时，在臂切换之前负的电流不流动。由此，这种情况下的电流值的下限 为零。反之，在电流值为负时，在臂切换之前正的电流不流动。由此，这种情况下的电流值 的上限为零。
[0027] 在上述的制约下电流值发生变化时，在驱动电流的平均值接近零的状态下，电流 值的周期性的上下暂时性地处于紊乱的状态。因此，在驱动电流的平均值接近零的状态下， 驱动电流的控制成为非线性的比较复杂的控制。
[0028] 然而，在本发明中尤其是如上述那样，在电流检测单元中检测周期性地上下的电 流值的极值。因此，例如在所检测的电流值不变化时，能够良好地判断驱动电流的平均值处 于接近于零的状态，能够根据状况适当地控制驱动电流。
[0029] 如以上说明那样，根据本发明的电压转换装置的控制装置，能够准确地检测在电 压转换装置中流动的电流的电流值，能够执行适当的驱动控制。
[0030] 在本发明的电压转换装置的控制装置的一方案中，在检测出的所述电流值连续地 处于预定范围内的情况下，所述电流推定单元推定为所述驱动电流的平均值是接近零的零 附近值，在推定为所述驱动电流的平均值是所述零附近值的情况下，所述电流控制单元以 进行与所述零附近值对应的零附近控制的方式控制所述开关控制信号生成单元。
[0031] 根据该方案，在由电流检测单元检测出的电流值连续地处于预定范围内的情况 下，通过电流推定单元，推定为驱动电流的平均值是接近于零的零附近值。另外，在此的"预 定范围"是用于判定连续地检测出的电流值相同或极其接近于可以说相同的程度的状态的 阈值，基于电流值的检测精度等而预先设定。而且，在此的"零附近值"是表示通过驱动电 流的波形达到零而受限制那样的状态的与驱动电流的平均值对应的值，通过检测出的电流 值连续地处于预定范围内（即，检测出的电流值达到作为限制值的零）而能够推定。
[0032] 在推定为驱动电流的平均值是零附近值时，通过电流控制单元，以进行与零附近 值对应的零附近控制的方式控制开关控制信号生成单元。另外，在此的"零附近控制"是通 过驱动电流接近于零而要求的与通常不同的驱动控制，可列举例如使开关控制信号的脉冲 宽度逐渐缩小的非线性的控制。
[0033] 根据本方案，根据由电流检测单元检测出的电流值连续地处于预定范围内这样的 条件，能够极其容易且可靠地推定出驱动电流的平均值为零附近值。因此，能够更良好地进 行电压转换装置的控制。
[0034] 在上述的能够推定出驱动电流的平均值为零附近值的方案中，具备：零电流推定 单元，将检测出的所述电流值连续地处于预定范围内的情况下的电流值推定为零；零定时 推定单元，基于推定为零的所述电流值及所述驱动电流的平均值的推移，来推定所述驱动 电流的平均值变为零的定时，所述电流控制单元以使所述驱动电流的平均值在所述零定时 变为零的方式控制所述开关控制信号生成单元。
[0035] 根据该方案，通过零电流推定单元，在检测出的驱动电流的电流值连续地处于预 定范围内的情况下，推定为连续地处于预定范围的电流值是上限值或下限值即零。另外，在 连续地处于预定范围的2个电流值存在差时，只要推定为任一方为零即可。或者可以将2 个电流值的平均值推定为零。
[0036] 当推定为电流值为零时，通过零定时推定单元，推定驱动电流的平均值变为零的 定时。零定时推定单元基于推定为零的电流值及驱动电流的平均值的推移而推定零定时。 更具体而言，零定时推定单元将例如表示驱动电流的平均值的推移的线的延长线与推定为 零的电流值交叉的点推定为零定时。
[0037] 当推定为零定时时，通过电流控制单元，以在零定时驱动电流的平均值变为零的 方式控制开关控制信号生成单元。即，推定出的零定时前馈地用于电流控制单元进行的驱 动电流的控制。由此，能够使驱动电流可靠地在零定时变为零。因此，能够良好地执行驱动 电流变为零附近值时的控制。
[0038] 在上述的推定零定时的方案中，可以是，所述电流控制单元以在所述零定时基于 所述第一臂的单臂驱动和基于所述第二臂的单臂驱动相互切换的方式控制所述开关控制 信号生成单元。
[0039] 在这种情况下，通过零定时推定单元，能准确地推定驱动电流的平均值变为零的 零定时，因此能够良好地执行基于电流控制单元的臂切换控制。因此，能够有效地防止由于 臂切换的定时从零定时偏离而发生的不良情况。
[0040] 本发明的作用及其他优点根据如下说明的用于实施发明的方式明确可知。

【专利附图】

【附图说明】
[0041] 图1是表示搭载实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结构的简图。
[0042] 图2是表示两臂驱动时的电流值的变动的图表。
[0043] 图3是表示下臂驱动时的电流的流动的概念图。
[0044] 图4是表示上臂驱动时的电流的流动的概念图。
[0045] 图5是表示单臂驱动时的电流值的变动的图表。
[0046] 图6是表示实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。
[0047] 图7是依次表示电压转换装置的控制方法的图表（其1)。
[0048] 图8是依次表示电压转换装置的控制方法的图表（其2)。
[0049] 图9是依次表示电压转换装置的控制方法的图表（其3)。
[0050] 图10是依次表示电压转换装置的控制方法的图表（其4)。

【具体实施方式】
[0051] 以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
[0052] 首先，参照图1，说明搭载本实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结 构。在此，图1是表示搭载本实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆的整体结构的简 图。
[0053] 在图1中，搭载本实施方式的电压转换装置的控制装置的车辆100构成为以发动 机40、电动发电机MG1及MG2为动力源的混合动力车辆。但是，车辆100的结构没有限定于 此，也可以适用于通过来自蓄电装置的电力而能够行驶的车辆（例如，电动车或燃料电池 车）等。而且，在本实施方式中，说明了电压转换装置的控制装置搭载于车辆100的结构， 但即便是车辆以外，只要是通过交流电动机来驱动的设备就能够适用。
[0054] 车辆100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SRI、SR2、平滑电容器C1、转换 器12。
[0056] 蓄电装置28例如包括镍氢或锂离子等二次电池、双电荷层电容器等蓄电装置。而 且，蓄电装置28输出的直流电压VB及输入输出的直流电流IB由电压传感器10及电流传 感器11分别检测。并且，电压传感器10及电流传感器11将检测出的直流电压VB及直流 电流IB的检测值向E⑶30输出。
[0057] 系统继电器SR1连接于蓄电装置28的正极端子及电力线PL1之间，系统继电器 SR2连接于蓄电装置28的负极端子及接地线NL之间。系统继电器SRI、SR2由来自E⑶30 的信号SE控制，切换电力从蓄电装置28向转换器12的供给和断开。
[0058] 转换器12是本发明的"电压转换装置"的一例，包括电抗器L1、开关元件Ql、Q2、 二极管D1、D2。开关元件Q1及Q2是本发明的"第一开关元件"及"第二开关元件"的一例， 串联连接于电力线PL2及接地线NL之间。开关元件Q1及Q2由来自ECU30的开关控制信 号PWC控制。
[0059] 开关元件Q1及Q2可以使用例如IGBT、电力用M0S晶体管或电力用双极晶体管等。 相对于开关元件Ql、Q2而配置反并联二极管Dl、D2。电抗器L1设于开关元件Q1及Q2的 连接结点与电力线PL1之间。而且，平滑电容器C2连接于电力线PL2及接地线NL之间。
[0060] 电流传感器18是本发明的"电流检测单元"的一例，检测在电抗器L1中流动的电 抗器电流，并将其检测值IL向ECU30输出。
[0061] 负载装置45包括逆变器23、电动发电机MG1、MG2、发动机40、动力分配机构41、驱 动轮42。而且，逆变器23包括：用于驱动电动发电机MG1的逆变器14 ;及用于驱动电动发 电机MG2的逆变器22。另外，无需如图1那样具备两组逆变器及电动发电机，例如可以仅具 备逆变器14和电动发电机MG1或者逆变器22和电动发电机MG2中的任1组。
[0062] 电动发电机MG1、MG2接收从逆变器23供给的交流电力而产生车辆推进用的旋转 驱动力。而且，电动发电机MG1、MG2从外部接收旋转力，通过来自E⑶30的再生转矩指令而 发出交流电力，并使车辆100产生再生制动力。
[0063] 另外，电动发电机MG1、MG2也经由动力分配机构41而与发动机40连接。并且，以 使发动机40产生的驱动力与电动发电机MG1、MG2产生的驱动力成为最佳比率的方式进行 控制。而且，可以使电动发电机MG1、MG2中的任一方专门作为电动机发挥功能，并使另一方 电动发电机专门作为发电机发挥功能。另外，在本实施方式中，使电动发电机MG1作为由发 动机40驱动的发电机发挥功能，并使电动发电机MG2作为对驱动轮42进行驱动的电动机 发挥功能。
[0064] 动力分配机构41为了将发动机40的动力向驱动轮42和电动发电机MG1这两方 分配而使用例如行星齿轮机构（行星齿轮）。
[0065] 逆变器14接收从转换器12升压的电压，例如为了使发动机40起动而驱动电动发 电机MG1。而且，逆变器14通过从发动机40传递的机械性动力而将由电动发电机MG1发 电产生的再生电力向转换器12输出。此时，转换器12以作为降压回路进行动作的方式由 ECU30控制。
[0066] 逆变器14并联地设于电力线PL2及接地线NL之间，包括U相上下臂15、V相上下 臂16、W相上下臂17而构成。各相上下臂由串联连接于电力线PL2及接地线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。而且，相对于开关元件Q3?Q8而分别连 接反并联二极管D3?D8。开关元件Q3?Q8由来自E⑶30的开关控制信号PWI控制。
[0067] 例如电动发电机MG1是三相永磁型同步电动机，U、V、W相这3个线圈的一端共同 连接于中性点。而且，各相线圈的另一端与各相上下臂15?17的开关元件的连接结点连 接。
[0068] 逆变器22相对于转换器12而与逆变器14并联地连接。
[0069] 逆变器22将转换器12输出的直流电压转换成三相交流而向驱动驱动轮42的电 动发电机MG2输出。而且，逆变器22伴随着再生制动，将在电动发电机MG2中发电产生的 再生电力向转换器12输出。此时，转换器12以作为降压回路进行动作的方式由ECU30控 制。逆变器22的内部的结构虽然未图示，但是与逆变器14相同，省略详细的说明。
[0070] 转换器12基本上在各开关周期内将开关元件Q1及Q2控制成相辅且交替地通断。 转换器12在升压动作时，将从蓄电装置28供给的直流电压VB升压成直流电压VM(以下， 将与向逆变器14输入的电压相当的该直流电压也称为"系统电压"）。通过将在开关元件 Q2的接通期间蓄积于电抗器L1的电磁能量经由开关元件Q1及反并联二极管D1向电力线 PL2供给来进行该升压动作。
[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。通过将在开关 元件Q1的接通期间蓄积于电抗器L1的电磁能量经由开关元件Q2及反并联二极管D2向接 地线NL供给来进行该降压动作。
[0072] 这些升压动作及降压动作中的电压转换比（VM与VB之比）通过上述开关周期中 的开关元件Ql、Q2的接通期间比（占空比）来控制。另外，若将开关元件Q1及Q2分别固 定成接通及断开，则可以设为VM = VB (电压转换比=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的两端的电压即系统电压VM，并将 其检测值向E⑶30输出。
[0074] 在电动发电机MG1的转矩指令值为正（TR1>0)的情况下，当从平滑电容器C2供 给直流电压时，逆变器14以通过对来自ECU30的开关控制信号PWI1进行响应的、开关元 件Q3?Q8的开关动作而将直流电压转换成交流电压并输出正转矩的方式驱动电动发电机 MG1。而且，在电动发电机MG1的转矩指令值为零时（TR1 = 0)，逆变器14以通过对开关控 制信号PWI1进行响应的开关动作而将直流电压转换成交流电压并使转矩变为零的方式驱 动电动发电机MG1。由此，电动发电机MG1以产生通过转矩指令值TR1指定的零或正转矩的 方式被驱动。
[0075] 而且，在车辆100的再生制动时，将电动发电机MG1的转矩指令值TR1设定为负 (TR1〈0)。在这种情况下，逆变器14通过对开关控制信号PWI1进行响应的开关动作，将电 动发电机MG1发电产生的交流电压转换成直流电压，并将该转换后的直流电压（系统电压） 经由平滑电容器C2向转换器12供给。另外，在此所说的再生制动包括伴随着存在驾驶电 动车辆的驾驶员进行的脚制动器操作时的再生发电的制动、虽然未操作脚制动器但是通过 在行驶中将加速踏板断开而进行再生发电并且使车辆减速（或加速的中止）的情况。
[0076] 关于逆变器22也同样地，接收与电动发电机MG2的转矩指令值对应的来自E⑶30 的开关控制信号PWI2,通过开关控制信号PWI2响应的开关动作，以将直流电压转换成交流 电压而成为预定的转矩的方式驱动电动发电机MG2。
[0077] 电流传感器24、25检测在电动发电机MG1、MG2中流动的电动机电流MCRT1、MCRT2， 并将该检测出的电动机电流向ECU30输出。另外，由于U相、V相、W相各相的电流的瞬时值 之和为零，因此如图1所示，电流传感器24、25只要以检测两相的电动机电流的方式配置即 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,并将 该检测出的旋转角Θ 1、Θ 2向E⑶30送出。在E⑶30中，基于旋转角Θ 1、Θ 2能够算出电 动发电机MG1、MG2的旋转速度MRNUMRN2及角速度c〇l、c〇2(rad/s)。另外，关于旋转角传 感器26、27,通过利用E⑶30根据电动机电压、电流而直接计算旋转角Θ 1、Θ 2,也可以不配 置。
[0079] ECU30包括均未图示的CPU (Central Processing Unit)、存储装置及输入输出缓 冲器，对车辆100的各设备进行控制。E⑶30是本发明的"电压转换装置的控制装置"的一 例，具体而言具有作为"开关控制信号生成单元"、"电流推定单元"、"电流控制单元"、"零电 流推定单元"及"零定时推定单元"的功能。另外，关于ECU20进行的控制，并不局限于软件 进行的处理，也可以由专用的硬件（电子回路）构建并进行处理。
[0080] 作为代表性的功能，E⑶30基于输入的转矩指令值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及来自电流传感器24、25的电动机电流MCRTUMCRT2、来自旋转角传感器26、27的 旋转角θ 1、θ 2等，以使电动发电机MG1、MG2输出按照转矩指令值TR1、TR2的转矩的方式 控制转换器12及逆变器23的动作。即，生成用于如上述那样控制转换器12及逆变器23 的开关控制信号PWC、PWI1、PWI2,并向转换器12及逆变器23分别输出。
[0081] 在转换器12的升压动作时，ECU30对系统电压VM进行反馈控制，以使系统电压VM 与电压指令值一致的方式生成开关控制信号PWC。
[0082] 另外，Ε⑶30在车辆100进入再生制动模式时，以将由电动发电机MG1、MG2发电产 生的交流电压转换成直流电压的方式生成开关控制信号PWI1、PWI2而向逆变器23输出。 由此，逆变器23将由电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压转换成直流电压而向转换器 12供给。
[0083] 此外，E⑶30在车辆100进入再生制动模式时，以对从逆变器23供给的直流电压 进行降压的方式生成开关控制信号PWC，并向转换器12输出。由此，由电动发电机MG1、MG2 发电产生的交流电压被转换成直流电压，进一步降压而向蓄电装置28供给。
[0084] 接下来，关于转换器12动作时的电流变动，参照图2至图5进行说明。在此图2 是表示两臂驱动时的电流值的变动的图表。而且图3是表示下臂驱动时的电流的流动的概 念图，图4是表示上臂驱动时的电流的流动的概念图。图5是表示单臂驱动时的电流值的 变动的图表。
[0085] 在图2中，在转换器12进行两臂驱动（S卩，将开关元件Q1、Q2这两方接通的驱动） 的情况下，对开关元件Q1的通断进行切换的开关控制信号即PWI1及对开关元件Q2的通断 进行切换的开关控制信号即PWI2分别向开关元件Ql、Q2供给，由此控制电抗器电流IL的 值。
[0086] 另外，在两臂驱动时，分别通过开关元件Q1、Q2,能够流过正电流及负电流，因此在 例如图示那样的跨0的电流控制中，也能够进行与通常同样的控制。
[0087] 在图3及图4中，本实施方式的转换器12除了上述的两臂驱动之外，还能够实现 仅将开关元件Q1及Q2的任一方接通的单臂驱动。具体而言，在牵引时，进行仅将开关元件 Q2接通的下臂驱动。在这种情况下，如图3所示，向开关元件Q1侧流动的电流经由二极管 D1而流动，向开关元件Q2侧流动的电流经由开关元件Q2而流动。另一方面，在再生时，进 行仅将开关元件Q2接通的下臂驱动。在这种情况下，如图3所示，向开关元件Q1侧流动的 电流经由开关元件Q1而流动，向开关元件Q2侧流动的电流经由二极管D2而流动。
[0088] 根据单臂驱动，由于仅将开关元件Q1及Q2中的任一方接通，因此不需要为了防止 开关元件Q1及Q2的短路而设定的空载时间。由此，例如即使在伴随着装置的小型化而要 求高频化的情况下，也能够防止转换器12的升压性能的下降。
[0089] 在图5中，在进行下臂驱动的牵引时（即，电抗器电流IL为正时），未供给对开关 元件Q1的通断进行切换的开关控制信号即PWI1，而仅供给对开关元件Q2的通断进行切换 的开关控制信号即PWI2。而且，在进行上臂驱动的再生时（即，电抗器电流IL为负时），仅 供给对开关元件Q1的通断进行切换的开关控制信号即PWI1，不供给对开关元件Q2的通断 进行切换的开关控制信号即PWI2。
[0090] 在此尤其是在下臂驱动时无法流过负电流，因此在电抗器电流IL的下限为零的 情况下，要求对开关控制信号即PWI2的占空比率进行变更而进行非线性的控制。同样地， 在上臂驱动时，无法流过正电流，因此在电抗器电流IL的上限为零时，要求对开关控制信 号即PWI1的占空比率进行变更而进行非线性的控制。即，在单臂驱动时，在电抗器电流IL 接近零的情况下，要求与通常不同的比较复杂的控制。
[0091] 本实施方式的电压转换装置的控制装置在上述的单臂驱动时为了良好地执行特 有的控制，目的在于可靠地判定电抗器电流IL接近于零这一情况。
[0092] 接下来，对于本实施方式的电压转换装置的控制装置的动作，参照图6至图10进 行说明。在此图6是表示本实施方式的电压转换装置的控制装置的动作的流程图。而且， 图7至图10分别是依次表示电压转换装置的控制方法的图表。另外，以下，说明将下臂驱 动向上臂驱动切换时的动作。
[0093] 在图6及图7中，在本实施方式的电压转换装置的控制装置动作时，首先通过电流 传感器18,在开关控制信号PWI的上升定时，检测电抗器电流IL(步骤S101)。由此，在车辆 100处于牵引状态而进行下臂驱动的情况下，在与开关元件Q2对应的开关控制信号即PWI2 的上升定时，检测电抗器电流IL。若在这样的定时检测电抗器电流IL，则从图7观察也可 知，能够检测根据开关元件Q2的通断而上下的电抗器电流IL的极小值。
[0094] 当检测出电抗器电流IL时，在ECU30中推定电抗器电流IL的平均值（步骤S102)。 电抗器电流IL的平均值可以使用例如检测出的电抗器电流IL的值进行推定。或者也可以 使用在开关控制信号PWI2的上升定时以外的定时（例如，开关控制信号PWI2的上升定时、 载波信号的波峰及波谷的定时）检测出的电抗器电流IL进行推定。
[0095] 在图6及图8中，在ECU30中，判定由电流传感器18检测出的电抗器电流IL是否 连续地处于预定范围内（换言之，接近于可谓相同值的状态）（步骤S103)。在此，在本来应 持续下降的电抗器电流IL连续地处于预定范围内时（步骤S103为"是"），可以考虑为电 抗器电流IL的下限处于达到零而受限制的状态。
[0096] 在这种情况下，在E⑶30中，进行电抗器电流的平均值是否变为零附近值的判断， 将转换器12的控制从通常控制向与零附近值对应的零附近控制切换（步骤S104)。具体而 言，将开关控制信号PWI2的占空比率不变化的线性的控制向图5所示那样的开关控制信号 PWI2的占空比率变化的非线性的控制切换。
[0097] 在图6及图9中，当零附近控制开始时，在E⑶30中，推定为连续地处于预定范围 内的电流值为电流零点（步骤S105)。而且，推定为电抗器电流IL的平均值的推移延长的 线与上述电流零点交叉的定时为电抗器电流IL的平均值变为零的零定时（步骤S106)。
[0098] 当推定为零定时时，通过ECU30,在零定时以使电抗器电流IL的平均值变为零的 方式进行零附近控制。具体而言，开关控制信号PWI2的占空比基于零定时而被非线性地控 制。如此，推定出的零定时前馈地用于电抗器电流IL的控制。
[0099] 在图6及图10中，通过零附近控制而使电抗器电流IL的平均值逐渐减小，当变为 零定时时（步骤S108为"是"），通过E⑶30,进行臂的切换控制（步骤S109)。即，将下臂 驱动向上臂驱动切换。具体而言，ECU30取代与开关元件Q2对应的开关控制信号PWI2,输 出与开关元件Q1对应的开关控制信号PWI1，由此来切换臂。
[0100] 在此，在本实施方式中，尤其是通过上述的零定时的推定，能准确地推定电抗器电 流IL的平均值变为零的定时。由此，能够在极适当的定时（S卩，电抗器电流IL的平均值极 其接近零的定时）进行臂的切换。由此，能够有效地防止由于臂的切换定时偏移而发生的 不良情况。
[0101] 另外，虽然省略详细的说明，但是在臂切换后，取代牵引时的零附近控制，而进行 再生时的零附近控制。由此，即使在不使用正电流的上臂驱动中，也能够适当地控制驱动电 流。
[0102] 顺便提及，在再生时，电抗器电流IL的检测在开关控制信号PWI1的上升定时进 行。由此，与上述的牵引时同样地，能够判定是否为电抗器电流达到零而受限制的状态。当 电抗器电流IL的平均值减小而未变为零的状态时（例如，检测出的电抗器电流IL未连续 地处于预定范围内时），转换器12的控制从非线性的零附近控制向线性的通常控制切换。
[0103] 如以上说明那样，根据本实施方式的电压转换装置的控制装置，能够准确地检测 在转换器12中流动的电流的电流值，并能够执行适当的驱动控制。另外，在上述的实施方 式中，举例说明了将下臂驱动向上臂驱动切换的情况（即，从牵引向再生切换的情况），但 是即使在将上臂驱动向下臂驱动切换的情况（即，从再生向牵引切换的情况）下，也能够适 用同样的控制。
[0104] 本发明并不局限于上述的实施方式，在不违反从权利要求书及说明书整体读取的 发明的宗旨或思想的范围内能够适当变更，伴随着这样的变更的电压转换装置的控制装置 也包含于本发明的技术范围内。
[0105] 附图标记说明
[0106] 12转换器
[0107] 18电流传感器
[0108] 20直流电压产生部
[0109] 22、23 逆变器
[0110] 28蓄电装置
[0111] 30 ECU
[0112] 40发动机
[0113] 41动力分配机构
[0114] 42驱动轮
[0115] 45负载装置
[0116] 100 车辆
[0117] C2平滑电容器
[0118] D1、D2 二极管
[0119] IL电抗器电流
[0120] L1电抗器
[0121] MG1、MG2电动发电机
[0122] PWIUPWI2开关控制信号
[0123] Q1、Q2开关元件
[0124] SR1、SR2系统继电器
【权利要求】
1. 一种电压转换装置的控制装置，通过将相互串联连接的第一开关元件及第二开关元 件择一地接通，能够实现仅基于包含所述第一开关元件而成的第一臂和包含所述第二开关 元件而成的第二臂中的任一方的单臂驱动， 所述电压转换装置的控制装置的特征在于，具备： 开关控制信号生成单元，分别生成对所述第一开关元件和所述第二开关元件各自的通 断进行切换的开关控制信号； 电流检测单元，在相互切换基于所述第一臂的单臂驱动和基于所述第二臂的单臂驱动 时，在所述开关控制信号的上升定时，所述电流检测单元检测在所述第一开关元件或所述 第二开关元件中流动的驱动电流的电流值； 电流推定单元，使用检测出的所述电流值来推定所述驱动电流的平均值；及 电流控制单元，基于推定出的所述平均值来控制所述驱动电流。
2. 根据权利要求1所述的电压转换装置的控制装置，其特征在于， 在检测出的所述电流值连续地处于预定范围内的情况下，所述电流推定单元推定为所 述驱动电流的平均值是接近零的零附近值， 在推定为所述驱动电流的平均值是所述零附近值的情况下，所述电流控制单元以进行 与所述零附近值对应的零附近控制的方式控制所述开关控制信号生成单元。
3. 根据权利要求2所述的电压转换装置的控制装置，其特征在于， 具备： 零电流推定单元，将检测出的所述电流值连续地处于预定范围内的情况下的电流值推 定为零；及 零定时推定单元，基于推定为零的所述电流值及所述驱动电流的平均值的推移，来推 定所述驱动电流的平均值变为零的定时， 所述电流控制单元以使所述驱动电流的平均值在所述零定时变为零的方式控制所述 开关控制信号生成单元。
4. 根据权利要求3所述的电压转换装置的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元以在所述零定时基于所述第一臂的单臂驱动和基于所述第二臂的 单臂驱动相互切换的方式控制所述开关控制信号生成单元。
【文档编号】H02M3/155GK104067497SQ201380006444
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年1月25日
【发明者】砂原昌平 申请人:丰田自动车株式会社