升压控制装置以及升压控制方法
【专利摘要】一种升压控制装置以及升压控制方法。在单元件控制中准确地判定过零，执行恰当的占空比控制。升压控制装置(30)具备：控制单元(330)，在仅驱动与电抗器(L1)分别串联地连接的第1开关元件(Q1)以及第2开关元件(Q2)中的某一方的单元件控制中，在电抗器中流过的输出电流(IL)并非零附近的情况下，进行利用第1控制参数的第1占空比控制，在输出电流是零附近的情况下，进行利用第2控制参数的第2占空比控制；比例计算单元(310)，计算第1占空比控制以及第2占空比控制中的输出电流相对占空比值的变化量的变化比例；以及控制决定单元(320)，在变化比例小于规定值的情况下，控制控制单元，以不管输出电流如何都进行第2占空比控制。
【专利说明】
升压控制装置以及升压控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及例如搭载于车辆等的升压控制装置的技术领域。
【背景技术】
[0002]在电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等电动车辆中，为了控制电动发电机而搭载有逆变器，该电动发电机产生行驶所使用的驱动力以及蓄电所使用的再生电力。逆变器所利用的电力根据行驶状态等而变动，所以有时在蓄电装置与逆变器之间设置有电压变换装置(转换器)。
[0003]另外，为了提高电动车辆的燃油效率，降低转换器的损耗是有效的。因此，例如专利文献I提出了仅通过单方的元件来开关驱动升压转换器的技术(以下，适当地称为“单元件控制”)。根据单元件控制，例如能够降低电流脉动，从而相应地降低转换器的损耗。
[0004]另外，在专利文献2中，作为与转换器的控制相关的技术，提出有检测流过电抗器的电流为零附近的瞬间(过零)的技术。
[0005]专利文献1:日本特开2011-120329号公报
[0006]专利文献2:日本特开2005-151606号公报
【发明内容】
[0007]在单元件控制中，在过零前后输出电流与占空比的关系大幅变化，所以优选根据是否为过零来变更控制内容。即，优选能够适当地切换执行过零区域用的控制和并非过零的区域用的控制。
[0008]此处，过零例如能够通过监视流过电抗器的电流、所施加的电压等来判定，但在包括上述的专利文献I以及专利文献2在内的以往技术中，难以做到高精度且无延迟地检测过零。另外，如果无法准确地检测过零的定时，则无法恰当地切换占空比控制，作为结果，可能产生无法得到期望的输出电流这样的技术性的问题。特别是，认为在高频化的状态下，这样的问题显著发生。
[0009]本发明的目的之一在于提供一种能够在单元件控制中准确地判定过零，并执行恰当的占空比控制的升压控制装置。
[0010]<1>
[0011]作为本发明的升压控制装置的一个方式，在能够实现仅驱动分别串联连接到电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制的升压控制装置中，具备:控制单元，在所述单元件控制中，(i)在流过所述电抗器的输出电流并非零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制，(ii)在所述输出电流为零附近的情况下，进行利用第2控制参数的第2占空比控制；比例计算单元，计算所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制中的所述输出电流相对占空比值的变化量的变化比例；以及控制决定单元，在所述变化比例小于作为用于判定输出电流是否为零附近的阈值的规定值的情况下，控制所述控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第2占空比控制。
[0012]本发明的升压控制装置是例如搭载于车辆的转换器，具备分别串联连接到电抗器的第I开关元件以及第2开关元件。作为第I开关元件以及第2开关元件，能够使用例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘棚.双极型晶体管)、电力用M0S(Metal OxideSemiconductor:金属氧化物半导体)晶体管或者电力用双极性晶体管等。另外，对第I开关元件以及第2开关元件的各个逆并联连接有例如二极管。
[0013]本发明的升压控制装置特别地能够实现仅驱动第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制。在进行单元件控制时，根据例如应输出的电压值、电流值等，判定是否应驱动第I开关元件以及第2开关元件中的某一个开关元件而进行单元件控制。更具体而言，例如在连接到升压控制装置的电动发电机进行再生动作的情况下，选择利用第I开关元件的单元件控制，在进行动力运行动作的情况下，选择利用第2开关元件的单元件控制。这样，在进行单元件控制的情况下，能够适当地切换利用第I开关元件的单元件控制以及利用第2开关元件的单元件控制。
[0014]在单元件控制中，根据流过电抗器的输出电流是否为零附近而执行不同的控制。具体而言，在输出电流并非零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制。另一方面，在输出电流为零附近的情况下，进行利用第2控制参数的第2占空比控制。此处的“占空比控制”是指使第I开关元件或者第2开关元件的占空比(即导通(ON)期间与开关期间(0N+OFF)期间的比例)变化的控制，控制单元根据应输出的输出电流的值来控制占空比。另外，所谓“控制参数”既可以是占空比本身，也可以是间接地影响占空比的其它参数。
[0015]如上所述，如果切换占空比控制，则能够应对输出电流为零附近的情况下产生的输出电流与占空比的关系的变化。例如，在输出电流和占空比的关系变化时，在输出电流为零附近的情况(以下适当称为“过零”)和输出电流并非零附近的情况(以下适当称为“非过零”)下，即使占空比相同，也输出不同的输出电流。因此，如果在过零时进行与非过零时同样的占空比控制，则存在输出电流不为期望的值的担忧。相对于此，如果根据输出电流是否为零附近而进行不同的占空比控制，则能够在过零时以及非过零时的各个中得到恰当的输出电流。
[0016]在本发明中，特别地，作为判定输出电流是否为零附近的单元而具备比例计算单元。在比例计算单元中，计算第I占空比控制以及第2占空比控制中的输出电流相对占空比值的变化量的变化比例。即，在比例计算单元中，计算表示在使占空比值变化固定量的情况下输出电流变化何种程度的值。
[0017]此处，根据本申请的发明人的研究，明确了在过零时，输出电流相对占空比值的变化量的变化比例比非过零时小。即，可知在过零时使占空比值变化了规定量的情况下，输出电流仅发生微小变化，但在非过零时使占空比值变化了规定量的情况下，输出电流比较大幅地发生变化。
[0018]在本发明中，利用上述特性，通过控制决定单元来决定应执行的占空比控制。具体而言，根据控制决定单元，在输出电流的变化比例小于规定值的情况下，控制控制单元以使得不论输出电流如何都进行第2占空比控制(即在过零时应执行的占空比控制)。另外，此处的“规定值”是指用于判定输出电流是否为零附近的阈值，例如通过实际测量过零时的输出电流的变化比例和非过零时的输出电流的变化比例来设定恰当的值即可。另外，“不轮输出电流如何”是指，与实际检测到的输出电流的值相比，使基于变化比例的判定优先来决定控制的意思，例如即使通过电流传感器等检测出的输出电流的值并非零附近，在计算出的输出电流的变化比例小于规定值的情况下，也执行应在过零时执行的第2占空比控制。
[0019]如果根据输出电流的变化比例来决定占空比控制，则即使在例如无法正确地检测输出电流的值的情况下，也能够执行恰当的占空比控制。特别地，在单元件控制中，输出电流周期性地上下变动，所以难以根据电流传感器等的输出值来直接判定过零，但通过利用输出电流的变化比例，能够恰当地判定过零。因此，能够在恰当的定时执行与过零对应的占空比控制的切换，作为结果，能够可靠地得到期望的输出电流。
[0020]如以上说明的那样，根据本发明的升压控制装置，能够在单元件控制中正确地判定过零，所以能够执行恰当的占空比控制。
[0021]<2>
[0022]在本发明的升压控制装置的另一个方式中，所述控制决定单元在所述变化比例不小于所述规定值的情况下，控制所述控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第I占空比控制。
[0023]根据该方式，在输出电流的变化比例不小于规定值的情况下，不论输出电流如何都执行第I占空比控制。因此，即使在例如无法根据电流传感器等的输出值直接判定非过零的情况下，也能够根据输出电流的变化比例判定非过零，并在恰当的定时执行应在非过零时执行的第I占空比控制。
[0024]<3>
[0025]在本发明的升压控制装置的又一个方式中，所述控制单元在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，进行提高所述第I参数以及所述第2参数的连续性的控制。
[0026]根据该方案，能够防止由于第I控制参数和第2控制参数的连续性低而在切换第I占空比控制和第2占空比控制时产生问题。另外，作为提高连续性的控制而执行的处理不特别限定，例如可以例举出调整反馈控制或者前馈控制所使用的值的处理。另外，优选尽可能地提高连续性(即切换时的第I控制参数和第2控制参数为极其接近的值)，但只要多少能够提高连续性，就能够相应地得到上述效果。
[0027]<4>
[0028]在上述进行提高第I参数以及第2参数的连续性的控制的方式中，所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括比例积分控制，所述控制单元将第I参数以及所述第2参数的差分加到所述比例积分控制中的积分项，从而提高所述第I参数以及所述第2参数的连续性。
[0029]在该情况下，将控制切换时的第I控制参数以及第2控制参数的差分加到比例积分控制中的积分项。另外，被加到积分项的值既可以是差分本身，也可以是对差分乘以规定的系数等实施某种运算处理而得到的值。由此，第I控制参数以及第2控制参数的连续性提高，能够恰当地避免控制切换时发生的问题。
[0030]<5>
[0031]在本发明的升压控制装置的又一个方式中，所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括反馈控制，所述控制单元在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，切换所述反馈控制的增益。
[0032]根据该方案，在控制切换时，将反馈控制的增益切换为恰当的值，所以能够恰当地避免由于控制切换所致的响应性的变化所引起的问题。在切换增益时，作为第I占空比控制用的增益以及第2占空比控制用的增益，既可以适当切换为预先设定的增益，也可以适当地选择(或者计算)与状况对应的增益。
[0033]另外，本发明的一个方式为升压控制方法，能够实现仅驱动分别串联连接到电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制，其特征在于，包括如下步骤:在所述单元件控制中，(i)在流过所述电抗器的输出电流并非零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制，(ii)在所述输出电流为零附近的情况下，进行利用第2控制参数的第2占空比控制；比例计算步骤，计算所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制中的所述输出电流相对占空比值的变化量的变化比例；以及控制决定步骤，在所述变化比例小于作为用于判定输出电流是否为零附近的阈值的规定值的情况下，控制控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第2占空比控制。
[0034]根据本发明的升压控制方法，能够在单元件控制中正确地判定过零，所以能够执行恰当的占空比控制
[0035]本发明的作用以及其它优点根据以下说明的用于实施发明的方式来加以明确。
【附图说明】
[0036]图1是示出搭载实施方式的升压控制装置的车辆的整体结构的概略结构图。
[0037]图2是示出下侧元件控制时的电流的流动的概念图。
[0038]图3是示出上侧元件控制时的电流的流动的概念图。
[0039 ]图4是示出单元件控制时的电抗器电流的变动的时序图。
[0040]图5是示出实施方式的ECU的具体的结构的框图。
[0041]图6是示出过零时的占空比与电抗器电流的关系的曲线图。
[0042]图7是示出比较例的电抗器电流的仿真结果的曲线图。
[0043]图8是示出前馈控制的偏移所致的问题的曲线图。
[0044]图9是示出实施方式的占空比控制的切换动作的流程图。
[0045]图10是示出电抗器电流相对占空比变化量的变化比例的曲线图。
[0046]图11是示出前馈项的切换动作的曲线图。
[0047]图12是示出控制切换时的调整动作的流程图。
[0048]图13是示出实施方式的电抗器电流的仿真结果的曲线图。
[0049]符号说明
[0050]10:电压传感器；12:转换器；13:电压传感器；18:电流传感器；20:直流电压发生部；14、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;310:变化比例计算部；320:过零判定部;330:占空比控制部;C2:平滑电容器;CR:载波信号;Dl、D2: 二极管；IL:电抗器电流;L1:电抗器;MGl、MG2:电动发电机；PffCl、PWC2:选通信号;Ql、Q2:开关元件;SRl、SR2:系统继电器。
【具体实施方式】
[0051]以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
[0052]〈整体结构〉
[0053]首先，参照图1，说明搭载本实施方式的升压控制装置的车辆的整体结构。此处，图1是示出搭载本实施方式的升压控制装置的车辆的整体结构的概略结构图。
[0054]在图1中，搭载本实施方式的升压控制装置的车辆100作为一个例子，构成为将发动机40以及电动发电机MGl以及MG2作为动力源的混合动力车辆。但是，车辆100的结构不限于此，例如，还能够应用于能够通过来自蓄电装置的电力行驶的车辆(例如电动汽车、燃料电池汽车)等。另外，在本实施方式中，说明升压控制装置搭载于车辆100的结构，但即使是车辆之外的设备，只要是通过交流电动机驱动的设备就能够应用。
[0055]车辆100构成为主要具备直流电压发生部20、负载装置45、平滑电容器C2以及ECU30。
[0056]直流电压发生部20包括蓄电装置28、系统继电器SRl、SR2、平滑电容器Cl以及转换器12。
[0057]蓄电装置28构成为包括例如镍氢或者锂离子等二次电池、双电层电容器等蓄电装置。另外，通过电压传感器10检测蓄电装置28所输出的直流电压VL。然后，电压传感器10将检测出的直流电压VL的检测值输出到ECU30。
[0058]系统继电器SRl连接于蓄电装置28的正极端子与电力线PLl之间，系统继电器SR2连接于蓄电装置28的负极端子与接地线NL之间。通过来自ECU30的信号SE控制系统继电器SRl、SR2，切换从蓄电装置28向转换器12的电力的供给与切断。
[0059]转换器12包括电抗器L1、开关元件Ql、Q2以及二极管Dl、D2。开关元件Ql以及Q2是本发明的“第I开关元件”以及“第2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。通过来自E⑶30的选通信号PWC控制开关元件Ql以及Q2。
[0060]开关元件Ql以及Q2能够使用例如IGBT、电力用MOS晶体管、或者电力用双极性晶体管等。针对开关元件Ql、Q2，配置逆并联二极管Dl、D2。电抗器LI设置于开关元件Ql和Q2的连接节点与电力线PLl之间。另外，平滑电容器C2连接于电力线PL2以及接地线NL之间。
[0061 ]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输出到ECU30。另外，电抗器电流IL是本发明的“输出电流”的一个例子。
[0062]负载装置45包括逆变器23、电动发电机MGl、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和用于驱动电动发电机MG2的逆变器22。另外，并非必须如图1那样具备2组逆变器以及电动发电机，也可以为仅具备例如逆变器14和电动发电机MGl或者逆变器22和电动发电机MG2中的某一组的结构。
[0063]电动发电机MGl、MG2接受从逆变器23供给的交流电力而发生用于车辆推进的旋转驱动力。另外，电动发电机MGl、MG2从外部接受旋转力，通过来自ECU30的再生转矩指令发出交流电力，并且使车辆100发生再生制动力。
[0064]另外，电动发电机MGl、MG2还经由动力分割机构41与发动机40连结。而且，发动机40发生的驱动力和电动发电机MGl、MG2发生的驱动力被控制为最佳的比例。另外，也可以使电动发电机MG 1、MG2中的某一方专门作为电动机发挥功能，使另一方的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MGl作为通过发动机40驱动的发电机发挥功能，使电动发电机MG2作为驱动驱动轮42的电动机发挥功能。
[0065]在动力分割机构41中，为了将发动机40的动力分配给驱动轮42和电动发电机MGl这两方，使用例如行星齿轮机构(行星齿轮)。
[0066]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将通过从发动机40传递的机械性的动力而在电动发电机MGl中发出的再生电力输出到转换器12。此时，转换器12被ECU30控制为作为降压电路进行动作。
[0067]逆变器14构成为包括在电力线PL2与接地线NL之间并联地设置的U相上下支路15、V相上下支路16以及W相上下支路17。各相上下支路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相上下支路15由开关元件Q3、Q4构成，V相上下支路16由开关元件Q5、Q6构成，W相上下支路17由开关元件Q7、Q8构成。另外，针对开关元件Q3?Q8分别连接逆并联二极管D3?D8。通过来自E⑶30的选通信号PWI来控制开关元件Q3?Q8。
[0068]例如电动发电机MGI是3相的永久磁铁型同步电动机，U、V、W相的3个线圈的一端共同连接到中性点。进而，各相线圈的另一端与各相上下支路15?17的开关元件的连接节点连接。
[0069]逆变器22相对转换器12与逆变器14并联连接。
[0070]逆变器22将转换器12输出的直流电压变换为三相交流而对驱动驱动轮42的电动发电机MG2输出。另外，逆变器22伴随再生制动，将电动发电机MG2中发出的再生电力输出到转换器12。此时，转换器12被ECU30控制为作为降压电路进行动作。虽然未图示，但逆变器22的内部的结构与逆变器14相同，省略了详细的说明。
[0071]转换器12基本上被控制为在各开关周期内使开关元件Ql以及Q2互补且交替地导通(ON)断开(OFF)。转换器12在升压动作时，将从蓄电装置28供给的直流电压VL升压到直流电压VH(以下将与向逆变器14的输入电压相当的该直流电压还称为“系统电压”)。通过在开关元件Q2的导通期间将电抗器LI中积蓄的电磁能量经由开关元件Ql以及逆并联二极管Dl供给到电力线PL2，进行该升压动作。
[0072]另外，在降压动作时，转换器12将直流电压VH降压到直流电压VL。通过在开关元件Ql的导通期间将电抗器LI中积蓄的电磁能量经由开关元件Q2以及逆并联二极管D2供给到接地线NL，进行该降压动作。
[0073]通过上述开关周期中的开关元件Q1、Q2的导通期间比(占空比)，控制这些升压动作以及降压动作中的电压变换比(VH以及VL的比)。另外，如果将开关元件Ql以及Q2分别固定为导通以及断开，则还能够设为VH=VL(电压变换比= 1.0)。
[0074]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供给到逆变器23。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VH，将其检测值输出到ECU30。
[0075]逆变器14在电动发电机MGl的转矩指令值为正(TRl>O)的情况下，驱动电动发电机MGl以通过开关元件Q3?Q8的开关动作将直流电压变换为交流电压而输出正的转矩，该开关元件Q3?Q8的开关动作是从平滑电容器C2被供给直流电压时响应来自ECU30的选通信号PWIl的动作。另外，逆变器14在电动发电机MGl的转矩指令值为零的情况(TRl = O)下，驱动电动发电机MGl以通过响应选通信号PWIl的开关动作将直流电压变换为交流电压而使转矩成为零。由此，驱动电动发电机MGl，以发生通过转矩指令值TRl指定的零转矩或者正的转矩。
[0076]进而，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<0)。在该情况下，逆变器14通过响应选通信号PWIl的开关动作将电动发电机MGl发出的交流电压变换为直流电压，将该变换后的直流电压(系统电压)经由平滑电容器C2供给到转换器12。另外，此处所称的再生制动包括由驾驶电动车辆的驾驶员进行了脚刹操作时的伴随再生发电的制动、虽未操作脚刹但通过在行驶中断开油门踏板而一边进行再生发电一边使车辆减速(或者加速中止)的制动。
[0077]关于逆变器22，也同样地，接受与电动发电机MG2的转矩指令值对应的来自ECU30的选通信号PWI2，驱动电动发电机MG2以通过响应选通信号PWI2的开关动作将直流电压变换为交流电压而成为规定的转矩。
[0078]电流传感器24、25检测在电动发电机MG1、MG2中流过的电动机电流MCRT1、MCRT2，将该检测到的电动机电流输出到ECU30。另外，U相、V相、W相的各相的电流的瞬时值之和为零，所以如图1所示，以检测2相的电动机电流的方式配置电流传感器24、25就足够了。
[0079]旋转角传感器(旋转变压器)26、27检测电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ1、Θ2，将该检测出的旋转角Θ1、Θ 2送到ECU30。在ECU30中，能够根据旋转角Θ1、Θ 2计算电动发电机MG 1、MG2的旋转速度MRN1、MRN2以及角速度col、co2(rad/s)。另外，也可以在E⑶30中根据电动机电压、电流直接运算旋转角Θ1、Θ2，从而不配置旋转角传感器26、27。
[0080]ECU30是本发明的“升压控制装置”的一个例子，包括例如CPU (Centra IProcessing Unit:中央处理单元)、存储装置以及输入输出缓冲器，控制车辆100的各设备。另外，关于ECU30进行的控制，不限于利用软件的处理，还能够用专用的硬件(电子电路)或者软件与硬件的结合来构筑并进行处理。关于ECU的具体的结构以及动作，在后面详述。[0081 ]〈单元件控制>
[0082]接下来，参照图2至图4说明转换器12的单元件控制。此处，图2是示出下侧元件控制时的电流的流动的概念图，图3是示出上侧元件控制时的电流的流动的概念图。另外，图4是示出单元件控制时的电抗器电流的变动的时序图。
[0083]在图2以及图3中，本实施方式的转换器12除了通常的控制(即使开关元件Q1、Q2这两方交替导通的控制)以外，还能够实现仅使开关元件Ql以及Q2中的某一方导通的单元件控制。具体而言，在动力运行时，进行仅使开关元件Q2导通的下侧元件控制。在该情况下，如图2所示，在开关元件Ql侧流过的电流经由二极管Dl流过，在开关元件Q2侧流过的电流经由开关元件Q2流过。另一方面，在再生时，进行仅使开关元件Ql导通的上侧元件控制。在该情况下，如图3所示，在开关元件Ql侧流过的电流经由开关元件Ql流过，在开关元件Q2侧流过的电流经由二极管D2流过。
[0084]根据单元件控制，仅使开关元件Ql以及Q2中的某一方导通，所以变得不需要为了防止开关元件Ql以及Q2的短路而设定的死区时间。因此，例如即使在伴随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的升压性能降低。另外，在单元件控制中，还能够避免开关元件的选通干扰、降低升压损耗。
[0085]如图4所示，在单元件控制中，通过选择性地供给作为切换开关元件Ql的导通断开的选通信号的PWCl以及作为切换开关元件Q2的导通断开的选通信号的PWC2中的某一方，来控制电抗器电流IL的值。
[0086]具体而言，在进行下侧元件控制的动力运行时(即电抗器电流IL为正的情况)下，不供给作为切换开关元件Ql的导通断开的选通信号的PWCl，而仅供给作为切换开关元件Q2的导通断开的选通信号的PWC2。另外，在进行上侧元件控制的再生时(即电抗器电流IL为负的情况)下，仅供给作为切换开关元件Ql的导通断开的选通信号的PWC1，而不供给作为切换开关元件Q2的导通断开的选通信号的PWC2。
[0087]〈ECU 的结构〉
[0088]接下来，参照图5说明作为本实施方式的升压控制装置的一个例子的ECU30的具体的结构。此处，图5是示出实施方式的ECU的具体的结构的框图。另外，在图5中，为便于说明，仅示出ECU30所具备的各部位中的与本实施方式关联紧密的部分，关于其它详细的部位，适当省略图示。
[0089]在图5中，本实施方式的ECU30具备变化比例计算部310、过零判定部320以及占空比控制部330。
[0090]变化比例计算部310是本发明的“比例计算单元”的一个例子，计算电抗器电流IL相对占空比的变化量的变化比例。即，在变化比例计算部310中计算表示在使占空比变化固定量的情况下电抗器电流IL变化何种程度的值。成为变化比例计算部310检测出的变化比例被输出到过零判定部320的结构。
[0091]过零判定部320是本发明的“控制决定单元”的一个例子，根据变化比例计算部310检测出的变化比例，判定是否为过零(即电抗器电流IL是否为零附近)。过零判定部320例如存储有针对变化比例的阈值，通过相互比较变化比例和阈值来判定过零。过零判定部320的判定结果被分别输出到占空比控制部330的结构。
[0092]占空比控制部330是本发明的“控制单元”的一个例子，通过输出选通信号PWC，分别控制开关元件Ql、Q2的导通断开。占空比控制部330构成为例如包括:生成占空比指令信号DUTY的占空比信号生成电路；以及生成载波信号CR的载波信号生成电路，比较根据期望的占空比生成的占空比指令信号DUTY和载波信号CR，将作为其比较结果而得到的选通信号PWC分别输出到开关元件Ql、Q2。
[0093]〈在过零时可能发生的问题〉
[0094]接下来，参照图6至图8详细说明在电抗器电流IL为零附近的情况下可能发生的问题。此处，图6是示出过零时的占空比与电抗器电流的关系的曲线图，图7是示出比较例的电抗器电流的仿真结果的曲线图。另外，图8是示出前馈控制的偏移所致的问题的曲线图。
[0095]如图6所示，在非过零时，占空比与电抗器电流IL的关系为线性的关系。但是，在过零时，电抗器电流IL无法跨零而变化，所以占空比与电抗器电流IL的关系成为非线性的关系。这样，根据电抗器电流IL是否为零附近，占空比和电抗器电流IL的关系大幅变化。
[0096]如图7所示，如果假设在过零时以及非过零时这两方中进行了相同的控制，则实际的电抗器电流IL相对于电抗器电流IL的指令值大幅紊乱。即，如果不考虑电抗器电流IL是否为零附近而进行控制，则可能产生无法得到期望的电抗器电流IL这样的问题。
[0097]另外，如果能够在控制占空比时进行前馈控制以及反馈控制，贝Ij存在能够避免上述问题的可能性。但是，在前馈控制中，例如利用电抗器LI的电感、蓄电装置28的内部电阻等易于变动的参数，所以发生偏移的可能性非常高。因此，即使使用前馈控制以及反馈控制，也未必始终能够得到期望的电抗器电流IL。
[0098]如图8所示，设为在使电抗器电流IL逐渐增加的状况下，期望当前a点的控制。但是，如果在前馈控制中产生偏移，则执行b点的控制。即，占空比被控制为比恰当的值小的值。在该情况下，进行与真实的占空比对应的C点的控制，所输出的电抗器电流IL变为极其高的值。这样，如果将电抗器电流IL输出为不必要的大的值，则可能产生例如PCU等的破坏。即，如果无法得到期望的电抗器电流IL，则存在产生预料不到的问题的担忧。
[0099]本实施方式的升压控制装置为了避免上述问题，构成为能够执行以下所说明的占空比控制切换动作。
[0100]〈占空比控制切换动作〉
[0101]以下，参照图9以及图10详细说明作为本实施方式的升压控制装置的一个例子的ECU30所执行的占空比控制的切换动作。此处，图9是示出实施方式的占空比控制的切换动作的流程图。另外，图10是示出电抗器电流相对占空比变化量的变化比例的曲线图。
[0102]在图9中，在占空比控制切换动作时，首先在变化比例计算部310中计算占空比控制中的占空比的变化量(步骤S101)。另外，在变化比例计算部310中，计算占空比控制中的电抗器电流IL的变化量(步骤S102)。也就是说，计算电抗器电流IL相对在步骤S1I中计算出的占空比变化量的变化量。
[0103]在变化比例计算部310中，进一步计算电抗器电流IL相对占空比变化量的变化比例α(步骤S103)。通过将步骤102中计算出的电抗器电流IL的变化量除以步骤SlOl中计算出的占空比的变化量，能够计算变化比例α。
[0104]如图10所示，根据本申请的发明人的研究，明确了在过零时，电抗器电流IL相对占空比的变化量的变化比例比非过零时小。具体而言，如观察附图可知的那样，即使在过零时使占空比值大幅变化了的情况下，电抗器电流IL也仅发生微小变化，在非过零时，在使占空比发生微小变化的情况下，电抗器电流IL也大幅变化。在本实施方式中，利用该特性，判定是否为过零。
[0105]返回到图9，在过零判定部320中判定计算出的变化比例α是否小于规定的阈值β(步骤S104)。另外，阈值β是本发明的“规定值”的一个例子，例如通过实际测量过零时的输出电流的变化比例和非过零时的输出电流的变化比例，从而预先设定恰当的值即可。
[0106]在判定为变化比例α小于规定的阈值β的情况下(步骤S104:“是”)，判断为电抗器电流IL为零附近，执行过零用的占空比控制(步骤S105)。具体而言，通过占空比控制部330实施使用了过零用的前馈项(以下适当称为“FF项”)的前馈控制。
[0107]另一方面，在判定为变化比例α不小于规定的阈值β的情况下(步骤S104:“否”)，判断为电抗器电流IL并非零附近，执行非过零用的占空比控制(步骤S106)。具体而言，通过占空比控制部330，实施使用了非过零用的FF项的前馈控制。
[0108]如上所述，如果根据电抗器电流IL的变化比例决定占空比控制，则例如即使无法正确地检测电抗器电流IL的值的情况下，也能够执行恰当的占空比控制。特别是，在单元件控制中，电抗器电流IL周期性地上下变动，所以难以根据电流传感器等的输出值直接判定过零。然而，在本实施方式中，通过利用电抗器电流IL的变化比例，能够恰当地判定过零。因此，能够在恰当的定时执行与过零对应的占空比控制的切换，作为结果，能够可靠地得到期望的电抗器电流IL。
[0109]〈占空比控制切换时的调整处理〉
[0110]以下，参照图11至图13说明在上述占空比控制的切换时所执行的调整处理。此处，图11是示出前馈项的切换动作的曲线图，图12是示出控制切换时的调整动作的流程图。另夕卜，图13是示出实施方式的电抗器电流的仿真结果的曲线图。
[0111]在图11中，如已经说明的那样，在判定为从非过零变为过零的情况下，FF项从非过零用切换为过零用。此时，在切换前后，失去了FF项的连续性，所以存在如果仅简单地切换FF项则会发生问题的担忧。因此，在本实施方式中，在切换了占空比控制的情况下，执行以下详述的调整处理。
[0112]在图12中，在根据过零判定的结果切换了占空比控制的情况下(步骤S201:“是”)，将上次和本次的FF项的差分加到积分项(步骤S202)。由此，能够确保占空比控制切换前后的连续性，避免发生问题。
[0113]进而，在占空比控制的切换是从非过零用的控制到过零用的控制的情况下(步骤S203:“是”)，反馈增益被切换为过零用。另一方面，在占空比控制的切换是从过零用的控制到非过零用的控制的情况下(步骤S203:“否”)，反馈增益被切换为非过零用。由此，还能够应对占空比控制的切换所引起的响应性的变化。
[0114]具体而言，通过以下的式(I)表示继续非过零用的控制的情况下的占空比指令。
[0115]占空比指令=非过零时FF项+kplX电流偏差+kil X电流偏差+积分项..-(I)
[0116]另外，kpl以及kil分别是非过零时的反馈增益，例如kpl= 0.01、ki 1 = 0.1。另外，此处的“kil X电流偏差+积分项”为下次控制时的积分项。
[0117]相对于此，通过以下的式(2)表示控制从非过零用的控制切换到过零用的控制的情况下的占空比指令。
[0118]占空比指令=过零时FF项+kp2X电流偏差+ki2X电流偏差+{积分项+(非过零时FF项-过零时FF项)}…(2)
[0119]另外，kp2以及ki2分别是过零时的反馈增益，例如kpl=0.03、kil=0.3。另外，此处的“ki2X电流偏差+{积分项+(非过零时FF项-过零时FF项)}”为下次控制时的积分项。
[0120]另外，通过以下的式(3)，表示继续过零用的控制的情况下的占空比指令。
[0121]占空比指令=过零时FF项+kp2X电流偏差+ki2X电流偏差+积分项..-(3)
[0122]另外，此处的“ki2X电流偏差+积分项”为下次控制时的积分项。
[0123]相对于此，通过以下的式(4)，表示控制从过零用的控制切换到非过零用的控制的情况下的占空比指令。
[0124]占空比指令=非过零时FF项+kplX电流偏差+kil X电流偏差+{积分项+(过零时FF项-非过零时FF项…(4)
[0125]另外，此处的“kilX电流偏差+{积分项+(过零时FF项-非过零时FF项)}”为下次控制时的积分项。
[0126]如图13所示，如果使上述占空比控制切换处理以及调整处理发挥效果，则能够抑制图7所示那样的电抗器电流IL的紊乱。即，能够减小电抗器电流IL的指令值与实际的电抗器电流IL之间的偏移。也就是说，如果根据是否为过零选择性地执行不同的占空比控制，则即使在占空比与电抗器电流IL的关系变化的情况下，也能够可靠地得到期望的电抗器电流IL0
[0127]如以上说明，根据本实施方式的升压控制装置，能够正确地判定过零，恰当地执行占空比控制。
[0128]本发明不限于上述实施方式，能够在不违反从权利要求书以及说明书整体中读取的发明的要旨或者思想的范围内适当地变更，伴随这样的变更的升压控制装置也包含于本发明的技术性的范围中。
【主权项】
1.一种升压控制装置，能够实现仅驱动分别串联连接到电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制，其特征在于，具备: 控制单元，在所述单元件控制中，(i)在流过所述电抗器的输出电流并非零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制，(ii)在所述输出电流为零附近的情况下，进行利用第2控制参数的第2占空比控制； 比例计算单元，计算所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制中的所述输出电流相对占空比值的变化量的变化比例；以及 控制决定单元，在所述变化比例小于作为用于判定输出电流是否为零附近的阈值的规定值的情况下，控制所述控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第2占空比控制。2.根据权利要求1所述的升压控制装置，其特征在于， 所述控制决定单元在所述变化比例不小于所述规定值的情况下，控制所述控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第I占空比控制。3.根据权利要求1或者2所述的升压控制装置，其特征在于， 所述控制单元在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，进行提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性的控制。4.根据权利要求3所述的升压控制装置，其特征在于， 所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括比例积分控制， 所述控制单元将所述第I控制参数与所述第2控制参数的差分加到所述比例积分控制中的积分项，从而提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性。5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的升压控制装置，其特征在于， 所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括反馈控制， 所述控制单元在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，切换所述反馈控制的增益。6.—种升压控制方法，能够实现仅驱动分别串联连接到电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制，其特征在于，包括如下步骤: 在所述单元件控制中，(i)在流过所述电抗器的输出电流并非零附近的情况下，进行利用第I控制控制参数的第I占空比控制，(ii)在所述输出电流为零附近的情况下，进行利用第2控制控制参数的第2占空比控制； 比例计算步骤，计算所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制中的所述输出电流相对占空比值的变化量的变化比例；以及 控制决定步骤，在所述变化比例小于作为用于判定输出电流是否为零附近的阈值的规定值的情况下，控制控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第2占空比控制。7.根据权利要求6所述的升压控制方法，其特征在于， 在所述控制决定步骤中，在所述变化比例不小于所述规定值的情况下，控制所述控制单元以使得不论所述输出电流如何都进行所述第I占空比控制。8.根据权利要求6或者7所述的升压控制方法，其特征在于， 在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，进行提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性的控制。9.根据权利要求8所述的升压控制方法，其特征在于， 所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括比例积分控制， 通过将所述第I控制参数与所述第2控制参数的差分加到所述比例积分控制中的积分项，从而提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性。10.根据权利要求6至9中的任意一项所述的升压控制方法，其特征在于， 所述第I占空比控制以及所述第2占空比控制包括反馈控制， 在交替切换所述第I占空比控制和所述第2占空比控制的情况下，切换所述反馈控制的增益。
【文档编号】H02M3/156GK105896967SQ201610081037
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】山川隼史, 冈村贤树, 高松直义
【申请人】丰田自动车株式会社