升压控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开升压控制装置。在单元件控制中，执行恰当的占空比控制。升压控制装置(30)具备：电流值变化量检测单元(310)，在仅驱动第1开关元件(Q1)以及第2开关元件(Q2)的一方的单元件控制中，检测流过电抗器(L1)的输出电流(IL)的第1规定期间中的变化量；判定单元(320)，在变化量小于规定阈值的情况下，判定为输出电流在零附近；控制单元(330)，在输出电流不在零附近的情况下，进行利用第1控制参数的第1占空比控制，在输出电流在零附近的情况下，进行利用与第1控制参数不同的第2控制参数的第2占空比控制。在第2占空比控制中，与输出电流对应的占空比被设为比第1占空比控制大。
【专利说明】
升压控制装置
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、燃料电池车等电动车辆中，为了控制产生在行驶中利用的驱动力以及在蓄电中利用的再生电力的电动发电机，搭载了逆变器。逆变器所利用的电力是根据行驶状态等而变动的，所以有时在蓄电装置和逆变器之间具备电压变换装置(转换器)。
[0003]而且，为了提高电动车辆的燃油效率，有效的是使转换器的损耗降低。因此，例如在专利文献I中，提出了仅通过单方的元件对升压转换器进行开关驱动的技术(以下，适当地称为“单元件控制”)。根据单元件控制，被认为是例如与使电流脉动减少相应地能够使转换器的损耗降低。
[0004]另外，在专利文献2中，作为与转换器的控制关联的技术，提出了检测流过电抗器的电流成为零附近的瞬间(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和占空比的关系大幅变化，所以优选为根据是否过零来变更控制内容。即，优选为能够适当地切换执行过零区域用的控制和非过零区域用的控制。
[0008]此处，例如能够通过监视在电抗器中流过的电流、施加的电压等来判定过零，但在包括上述的专利文献I以及2的以往技术中，高精度且没有延迟地检测过零是不容易的。而且，如果不能准确地检测过零的定时，则不能恰当地切换占空比控制，作为结果，可能产生不能得到所希望的输出电流这样的技术问题点。特别是，认为在高频率化的状态下会显著产生这样的问题点。
[0009]本发明的课题之一在于提供一种能够在单元件控制中准确地判定过零，执行恰当的占空比控制的升压控制装置。
[0010]<1>
[0011]本发明的升压控制装置是如下升压控制装置，能够实现仅驱动分别串联地连接于电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制，所述升压控制装置具备:电流值变化量检测单元，在所述单元件控制中，在第I规定期间，检测流过所述电抗器的输出电流的变化量;判定单元，在所述变化量小于规定阈值的情况下，判定为所述输出电流在零附近；以及控制单元，(i)在未判定为所述输出电流在零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制，(ii)在判定为所述输出电流在零附近的情况下，进行利用与所述第I控制参数不同的第2控制参数的第2占空比控制。
[0012]本发明的升压控制装置的其它方式中，所述第I控制参数以及所述第2控制参数包括相异的前馈项，根据所述前馈项的不同，所述第2占空比控制中的与所述输出电流对应的占空比被设为比所述第I占空比控制中的与所述输出电流对应的占空比大。
[0013]本发明所涉及的升压控制装置是例如搭载于车辆的转换器，具备分别串联地连接于电抗器的第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.双极晶体管)，电力用M0S(MetalOxide Semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管或者电力用双极晶体管等。另外，对于第I开关元件以及第2开关元件的各个，例如并联地连接有二极管。
[0014]本发明所涉及的升压控制装置特别是能够实现仅驱动第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，例如根据应该输出的电压值、电流值等，判定是否应该使第I开关元件以及第2开关元件中的某一个开关元件驱动来进行单元件控制。更具体地，例如在连接于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开关元件进行的单元件控制，在进行动力运行动作的情况下选择利用第2开关元件进行的单元件控制。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开关元件进行的单元件控制以及利用第2开关元件进行的单元件控制。
[0015]在单元件控制中，通过电流值变化量检测单元，检测在流过电抗器的输出电流的第I规定期间的变化量。此处的“第I规定期间”是用于将输出电流的变化量作为能够在后述的判定(即，输出电流是否在零附近的判定)中利用的恰当的参数来检测的期间，例如根据输出电流的采样周期等来预先设定。
[0016]如果输出电流的变化量被检测到，则在判定单元中，判定输出电流是否在零附近。具体地，判定单元在输出电流的变化量小于规定阈值的情况下，判定为输出电流在零附近。换言之，判定单元在输出电流的变化量在规定阈值以上的情况下，判定为输出电流不在零附近。另外，此处的“零附近”是指以产生后述的输出电流和占空比的关系的变化的程度，输出电流接近零的状态。另外，“规定阈值”是指为了判定输出电流是否在零附近而设定的阈值，典型地设定为接近零的值。
[0017]判定单元中的判定结果在利用控制单元进行的各开关元件的控制中使用。具体地，在未被判定为输出电流在零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制。另一方面，在被判定为输出电流在零附近的情况下，进行利用与第I控制参数不同的第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，导通期间和断开期间的比率)变化的控制，控制单元根据应该输出的输出电流的值控制占空比。另外“控制参数”可以是占空比本身，也可以是间接地对占空比带来影响的其它参数。
[0018]第I占空比控制以及第2占空比控制根据相异的控制参数来执行，所以与输出电流对应的占空比(即，用于得到所希望的输出电流的占空比)相互不同。具体地，第2占空比控制中的与输出电流对应的占空比被设为大于第I占空比控制中的与输出电流对应的占空比。因此，相比假设想要通过第I占空比控制来使输出电流A输出的情况下实现的占空比，想要通过第2占空比控制来使输出电流A输出的情况下实现的占空比大。
[0019]顺便说一下，输出电流和占空比的关系示出输出电流越小占空比越大的趋势。此处，例如在第I控制参数被设定为相对输出电流的减少使占空比以一次函数方式增加那样的参数的情况下，另一方的第2控制参数被设定为相对输出电流的减少使占空比以2次函数方式增加那样的参数。
[0020]另外，在本发明中，特别是第I控制参数以及第2控制参数分别包括前馈项。而且，第I控制参数所包含的前馈项和第2控制参数所包含的前馈项被设为相异。这样，通过使第I以及第2控制参数的前馈项相互不同，从而第2占空比控制中的与输出电流对应的占空比被设为大于第I占空比控制中的与输出电流对应的占空比。换言之，第I控制参数以及第2控制参数的各个所包含的前馈项被设定为决定第I占空比控制时以及第2占空比控制时的占空比的大小关系的前馈项。
[0021]如上所述，在本发明所涉及的升压控制装置中，根据输出电流是否在零附近来执行不同的占空比控制。这样，能够应对在输出电流成为零附近的情况下发生的输出电流和占空比的关系的变化。例如，如果输出电流和占空比的关系发生变化，则在输出电流在零附近的情况(以下，适当地称为“过零”)和在输出电流不在零附近的情况下(以下，适当地称为“非过零”)，即使占空比相同也会输出不同的输出电流。因此，如果在过零时和非过零时进行同样的占空比控制，则存在输出电流不成为所希望的值的担心。相对于此，如果根据输出电流是否在零附近来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情况下，得到恰当的输出电流。
[0022]另外，在本发明中，如上所述，使用输出电流的第I规定期间中的变化量来进行是否过零的判定。因此，相比例如想要根据电流传感器的输出值直接判定过零的情况，能够迅速且高精度地判定过零。因此，能够在恰当的定时执行与过零相应的占空比控制的切换，作为结果能够可靠地得到所希望的输出电流。
[0023]如以上说明那样，根据本发明所涉及的升压控制装置，能够在单元件控制中准确地判定过零，所以能够执行恰当的占空比控制。
[0024]<2>
[0025]在本发明的升压控制装置的其它方式中，所述电流值变化量检测单元包括微分器。
[0026]根据该方式，能够作为微分器的输出得到输出电流的斜率，所以能够容易地检测输出电流的第I规定期间中的变化量。另外，如果使用模拟微分器，则不需要使用例如实现数字处理的高性能的微型计算机，所以能够谋求成本的降低。进而，不伴随将输出电流的采样周期变小那样的控制负荷的上升，所以容易对以往的装置应用。
[0027]<3>
[0028]在本发明的升压控制装置的其它方式中，所述电流值变化量检测单元通过将所述输出电流连续检测规定次数来检测所述变化量。
[0029]根据该方式，能够根据以比较短的时间间隔(例如Iys间隔)连续检测出的输出电流的差分，检测输出电流的变化量。另外，此处的“规定次数”是为了计算恰当的变化量而预先设定的值，只要是2次以上则并不特别限定。另外，在规定次数被设定为3次以上的情况下，能够根据3个以上的检测值来检测多个变化量，也能够根据所选择的2个值来检测I个变化量。另外，关于规定的次数，也可以根据状况来变更。
[0030]<4>
[0031 ]在上述的将输出电流连续检测规定次数的方式中，所述电流值变化量检测单元通过将所述输出电流连续检测3次以上来检测多个所述变化量，所述判定单元在多个所述变化量中的、规定个数以上的所述变化量小于所述规定阈值的情况下，判定为所述输出电流在零附近。
[0032]在该情况下，在电流值变化量检测单元中，检测输出电流的多个变化量。具体地，根据检测出的3个以上的输出电流的值，检测2个以上的相异的期间中的输出电流的变化量。然后在判定单元中，在检测出的多个变化量中的规定个数以上的变化量小于规定阈值的情况下，判定为输出电流在零附近。换言之，当小于规定阈值的变化量小于规定个数的情况下，即使另外存在小于规定阈值的变化量，也不被判定为输出电流在零附近。
[0033]此处，“规定个数”是为了提高判定单元中的判定精度而预先设定的值，原理上越大越能够提高判定精度。因此，如果使所检测的变化量的数量和规定个数一致(即，如果对所检测的变化量全部附上小于规定阈值这样的条件)，则能够极其准确地进行过零判定。另一方面，如果将规定个数设为比所检测的变化量的数量小的值，则即使在例如起因于噪声等而一部分的变化量没有被准确地检测到的情况下，也能够恰当地进行过零判定。
[0034]以上，如果利用多个变化量，则与仅利用I个变化量来判定输出电流是否在零附近的情况相比，能够以高精度进行判定。另外，从提高精度的观点来看，优选为利用更多的变化量，但为了迅速地进行判定，优选为变化量的数量不要过多。
[0035]<5>
[0036]在本发明的升压控制装置的其它方式中，所述电流值变化量检测单元在第2规定期间检测所述变化量，所述第2规定期间是所述第I开关元件或者所述第2开关元件即将被设为导通之前的期间。
[0037]根据该方式，不用始终执行用于检测输出电流的变化量的处理以及利用了输出电流的变化量的判定处理也可以。因此，能够降低在实际执行处理的情况以外的负荷，能够降低在装置整体下看时的负荷。
[0038]另外，输出电流在第I开关元件或者第2开关元件被设为导通的期间增加，在被设为断开的期间减少。因此，理论上，在第I开关元件或者第2开关元件被设为导通的期间，输出电流不会成为零附近，而在被设为断开的期间(特别是即将被设为导通之前的期间)，输出电流有可能成为零附近。本方式中的“第2规定期间”是指，作为上述的输出电流有可能成为零附近的期间而被预先设定的期间。
[0039]以上的结果，如果在第I开关元件或者所述第2开关元件即将被设为导通之前的第2规定期间，检测输出电流的变化量，则能够在输出电流有可能成为零附近的期间，恰当地进行过零的判定。其结果，能够避免执行不必要的处理，能够有效地降低控制负荷。
[0040]<6>
[0041]在本发明的升压控制装置的其它方式中，所述电流值变化量检测单元在时间轴上连续的第I期间以及第2期间的各个中，分别检测第I变化量以及第2变化量，所述第I变化量是与所述第I期间对应的所述变化量，所述第2变化量是与所述第2期间对应的所述变化量，所述判定单元(i)在所述第I变化量不小于所述规定阈值、而所述第2变化量小于所述规定阈值的情况下，将与所述第2期间对应的定时判定为所述输出电流成为零附近的定时，(ii)在所述第I变化量小于所述规定阈值、而所述第2变化量不小于所述规定阈值的情况下，将与所述第2期间对应的定时判定为所述输出电流成为不在零附近的定时。
[0042]在该情况下，通过使用与第I期间对应的第I变化量和与第2期间对应的第2变化量，不仅能够判定输出电流是否在零附近，还能够判定输出电流成为零附近的定时或者成为不在零附近的定时。
[0043]具体地，在第I变化量不小于规定阈值、而第2变化量小于规定阈值的情况下，能够判定为在第I期间输出电流不在零附近，但在第2期间输出电流在零附近。因此，能够将与第2期间对应的定时判定为是输出电流成为零附近的定时。另一方面，在第I变化量小于规定阈值、而第2变化量不小于规定阈值的情况下，能够判定为在第I期间输出电流在零附近，但在第2期间输出电流不在零附近。因此，能够将与第2期间对应的定时判定为是输出电流成为不在零附近的定时。
[0044]如果能够判定输出电流成为零附近的定时或者成为不在零附近的定时，则不仅能够在恰当的定时进行第I占空比控制以及第2占空比控制的切换，而且还能够恰当地执行应该仅在控制的切换时进行的处理(例如，后述的提高控制参数的连续性的处理、切换反馈控制中的增益的处理等)。
[0045]<7>
[0046]在本发明的升压控制装置的其它方式中，所述控制单元在切换所述第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。
[0047]根据该方式，能够防止起因于第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占空比控制时会产生问题的情况。另外，作为提高连续性的控制而执行的处理并没有被特别地限定，但举出例如调整在反馈控制或者前馈控制中利用的值的处理。另外，优选为尽量提高连续性(即，切换时的第I控制参数和第2控制参数成为极其近的值)，但不管多少只要提高连续性，则能够相应地得到上述的效果。
[0048]顺便说一下，在如上所述能够判定输出电流成为零附近的定时或者成为不在零附近的定时的情况下，与所判定的定时配合执行本方式所涉及的提高连续性的控制即可。
[0049]<8>
[0050]在上述的进行提高第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，所述控制单元也可以通过将第I控制参数以及所述第2控制参数的差分相加到所述比例积分控制中的积分项来提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性。
[0051 ]在该情况下，控制切换时的第I控制参数以及第2控制参数的差分被相加到比例积分控制中的积分项。另外，相加到积分项的值可以是差分本身，也可以是对差分乘以规定的系数等施行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产生的问题。
[0052]本发明的作用以及其它优点从接下来说明的用于实施发明的方式而变得清楚。
【附图说明】
[0053]图1是示出搭载了实施方式所涉及的升压控制装置的车辆的整体结构的概略结构图。
[0054]图2是示出下侧元件控制时的电流的流动的概念图。
[0055]图3是示出上侧元件控制时的电流的流动的概念图。
[0056]图4是示出单元件控制时的电抗器电流的变动的时序图。
[0057]图5是示出实施方式所涉及的ECU的具体的结构的框图。
[0058]图6是示出实施方式所涉及的电抗器电流的检测方法的图表(其I)。
[0059]图7是示出实施方式所涉及的电抗器电流的检测方法的图表(其2)。
[0060]图8是示出比较例所涉及的电抗器电流的检测方法的图表(其I)。
[0061]图9是示出比较例所涉及的电抗器电流的检测方法的图表(其2)。
[0062]图10是示出第I变形例所涉及的电抗器电流的检测方法的图表。
[0063]图11是示出第I变形例所涉及的电抗器电流的变化量的检测方法的图表。
[0064]图12是示出过零时的占空比与电抗器电流的关系的图表。
[0065]图13是示出比较例所涉及的电抗器电流的仿真结果的图表。
[0066]图14是示出前馈控制的偏差所导致的问题点的图表。
[0067]图15是示出实施方式所涉及的占空比控制的切换动作的流程图。
[0068]图16是示出前馈项的切换动作的图表。
[0069]图17是示出实施方式所涉及的电抗器电流的仿真结果的图表。
[0070](符号说明)
[0071]10:电压传感器；12:转换器；13:电压传感器；18:电流传感器；20:直流电压产生部;22、23:逆变器;28:蓄电装置;30 40];40:发动机;41:动力分割机构;42:驱动轮;45:负载装置；100:车辆;310:电流变化量检测部；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】
[0072]以下，在参照图的同时，说明本发明的实施方式。
[0073]〈整体结构〉
[0074]首先，参照图1说明搭载了本实施方式所涉及的升压控制装置的车辆的整体结构。此处，图1是示出搭载了本实施方式所涉及的升压控制装置的车辆的整体结构的概略结构图。
[0075]在图1中，搭载了本实施方式所涉及的升压控制装置的车辆100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的结构并不限定于此，也能够应用于能够通过来自蓄电装置的电力来行驶的车辆(例如，电动汽车、燃料电池汽车)等。另外，在本实施方式中，虽然说明升压控制装置搭载在车辆100的结构，但即使是车辆以外，只要是通过交流电动机来驱动的设备，也能够应用。
[0076]车辆100主要具备直流电压产生部20、负载装置45、平滑电容器C2以及ECU30而构成。
[0077]直流电压产生部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。
[0078]蓄电装置28包括例如镍氢或者锂离子等的二次电池、电气双层电容器等蓄电装置而构成。另外，蓄电装置28所输出的直流电压VL是由电压传感器10检测的。而且，电压传感器10将检测出的直流电压VL的检测值向E⑶30输出。
[0079]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。系统继电器SRl、SR2是根据来自ECU30的信号SE而被控制，切换从蓄电装置28向转换器12的电力的供给和切断。
[0080]转换器12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I开关元件”以及“第2开关元件”的一个例子，串联地连接于电力线PL2与接地线NL之间。开关元件Ql以及Q2是根据来自ECU30的选通信号PWC而被控制的。
[0081 ]对于开关元件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晶体管等。针对开关元件Q1、Q2，配置有反并联二极管D1、D2。电抗器LI设置于开关元件Ql以及Q2的连接节点和电力线PLl之间。另外，平滑电容器C2连接于电力线PL2与接地线NL之间。
[0082]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向ECU30输出。另外，电抗器电流IL是本发明的“输出电流”的一个例子。
[0083]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，不是必须如图1那样具备2组逆变器以及电动发电机，也可以设为例如仅具备逆变器14和电动发电机MGl或者逆变器22和电动发电机MG2中的某I组的结构。
[0084]电动发电机MGl、MG2接受从逆变器23供给的交流电力并产生用于推动车辆的旋转驱动力。另外，电动发电机MGl、MG2从外部接受旋转力，根据来自ECU30的再生转矩指令，发电出交流电力，并且使车辆100产生再生制动力。
[0085]另外，电动发电机MGl、MG2经由动力分割机构41还与发动机40连结。而且，发动机40产生的驱动力和电动发电机MGl、MG2产生的驱动力被控制成最佳的比率。另外，也可以使电动发电机MGl、MG2中的某一方专门作为电动机发挥作用，使另一方的电动发电机专门作为发电机发挥作用。另外，在本实施方式中，设为使电动发电机MGl作为通过发动机40驱动的发电机发挥作用，使电动发电机MG2作为驱动驱动轮42的电动机发挥作用。
[0086]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)。
[0087]逆变器14从转换器12接受升压的电压，为了例如使发动机40起动而驱动电动发电机MG I。另外，逆变器14将通过从发动机40传递的机械动力而由电动发电机MG I发电的再生电力输出到转换器12。此时，转换器12被ECU30控制成作为降压电路工作。
[0088]逆变器14包括并联地设置于电力线PL2与接地线NL之间的、U相上下支路15、V相上下支路16、W相上下支路17而构成。各相上下支路由在电力线PL2与接地线NL之间串联连接的开关元件构成。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，分别连接反并联二极管D3?D8。由来自E⑶30的选通信号PWI来控制开关元件Q3?Q8。
[0089]例如电动发电机MGl是3相的永久磁铁型同步电动机，U、V、W相这3个线圈的一端共同连接于中性点。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。
[0090]逆变器22相对转换器12并联地连接于逆变器14。
[0091]逆变器22将转换器12输出的直流电压变换为三相交流而输出到驱动驱动轮42的电动发电机MG2。另外，逆变器22将伴随再生制动而在电动发电机MG2中发电的再生电力输出到转换器12。此时，转换器12被ECU30控制成作为降压电路工作。逆变器22的内部的结构虽未图示，但和逆变器14相同，省略详细的说明。
[0092]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互补地且交替地导通断开。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”)。该升压动作是通过将在开关元件Q2的导通期间在电抗器LI中积蓄的电磁能量经由开关元件Ql以及反并联二极管Dl向电力线PL2供给来进行的。
[0093]另外，转换器12在降压动作时，将直流电压VH降压到直流电压VL。该降压动作是将在开关元件Ql的导通期间在电抗器LI中积蓄的电磁能量经由开关元件Q2以及反并联二极管D2向接地线NL供给来进行的。
[0094]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)是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)来控制的。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)。
[0095]平滑电容器C2对来自转换器12的直流电压进行平滑化，将该被平滑化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，将其检测值向E⑶30输出。
[0096]逆变器14在电动发电机MGl的转矩指令值为正(TRDO)的情况下，如果从平滑电容器C2被供给直流电压，则通过响应于来自ECU30的选通信号PWII的开关元件Q3?Q8的开关动作，将直流电压变换为交流电压而驱动电动发电机MG I以输出正的转矩。另外，逆变器14在电动发电机MGl的转矩指令值为零的情况下(TR1 = 0)，通过响应于选通信号PWIl的开关动作，将直流电压变换为交流电压而驱动电动发电机MGl以使转矩成为零。由此，电动发电机MG I以产生根据转矩指令值TRl指定的零或者正的转矩的方式被驱动。
[0097]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〈O)。在该情况下，逆变器14通过响应于选通信号PWIl的开关动作，将电动发电机MGl发电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，此处所说的再生制动包括在有驾驶电动车辆的驾驶员进行的脚刹操作的情况下的伴随再生发电的制动、虽然不操作脚刹但通过在行驶过程中松开油门踏板而边进行再生发电边使车辆减速(或者加速的中止)的情况。
[0098]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，通过响应于选通信号PWI2的开关动作，将直流电压变换为交流电压而驱动电动发电机MG2以成为规定的转矩。
[0099 ] 电流传感器2 4、2 5分别检测在电动发电机MG 1、MG 2中流过的电动机电流MCRT1、MCRT2，将该检测出的电动机电流向ECU30输出。另外，U相、V相、W相的各相的电流的瞬时值的和为零，所以配置为如图1所示那样电流传感器24、25检测2相的电动机电流就足够。
[0100]旋转角传感器(旋转变压器)26、27分别检测电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ1、Θ2，将该检测出的旋转角Θ1、Θ2向E⑶30发送。在E⑶30中，能够根据旋转角Θ1、Θ2计算电动发电机MGl、MG2的旋转速度MRNl、MRN2以及角速度ω 1、ω 2(rad/s)。另外，也可以由ECU30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。
[0101]ECU30是本发明的“升压控制装置”的一个例子，例如包括CPlKCentralProcessing Unit，中央处理单元)、存储装置以及输入输出缓存器，控制车辆100的各设备。另外，关于ECU30进行的控制，不限于基于软件的处理，也能够由专用的硬件(电子电路)构筑而处理。关于ECU的具体的结构以及动作，在之后详述。
[0102]〈单元件控制>
[0103]接下来，参照图2到图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。
[0104]在图2以及图3中，本实施方式所涉及的转换器12除通常的控制(S卩，使开关元件Ql、Q2这两方交替地导通的控制)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。具体地，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流动，在开关元件Q2侧流过的电流经由开关元件Q2流动。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流动，在开关元件Q2侧流过的电流经由二极管D2流动。
[0105]根据单元件控制，只有开关元件Ql以及Q2中的某一方被导通，所以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(dead time)。因此，即使在例如伴随装置的小型化而寻求高频率化的情况下，也能够防止转换器12的升压性能下降。另外，在单元件控制中，还能够谋求避免开关元件的栅极干扰、降低升压损耗。
[0106]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。
[0107]具体地，在进行下侧元件控制的动力运行时(S卩，在电抗器电流IL为正的情况下)，作为切换开关元件Ql的导通断开的选通信号的PWCl不被供给，只有作为切换开关元件Q2的导通断开的选通信号的PWC2被供给。另外，在进行上侧元件控制的再生时(S卩，在电抗器电流IL为负的情况下)，只有作为切换开关元件Ql的导通断开的选通信号的PWCl被供给，作为切换开关元件Q2的导通断开的选通信号的PWC2不被供给。
[0108]〈ECU 的结构〉
[0109]接下来，参照图5说明作为本实施方式所涉及的升压控制装置的一个例子的ECU30的具体的结构。此处，图5是示出实施方式所涉及的ECU的具体的结构的框图。另外，在图5中，为了说明的方便，仅示出在ECU30中具备的各部位中的与本实施方式关联密切的部位，关于其它的详细的部位，适当地省略图示。
[0110]在图5中，本实施方式所涉及的ECU30具备电流变化量检测部310、过零判定部320、占空比控制部330而构成。
[0111]电流变化量检测部310是本发明的“电流值变化量检测单元”的一个例子，检测由电流传感器18检测出的电抗器电流IL的变化量(换言之，电抗器电流IL的斜率)。电流变化量检测部310例如将连续的2点处的电抗器电流IL的差分作为变化量来检测。另外，电流变化量检测部310也可以构成为微分器。成为了由电流变化量检测部310检测出的电抗器电流IL的变化量被输出到过零判定部320的结构。
[0112]过零判定部320是本发明的“判定单元”的一个例子，根据由电流变化量检测部310检测出的电抗器电流IL的变化量，判定是否为过零(S卩，电抗器电流IL是否在零附近)。过零判定部320例如存储有针对电抗器电流IL的变化量的阈值，通过相互比较电抗器电流IL的变化量和阈值来判定过零。成为了过零判定部320的判定结果被输出到占空比控制部330的结构。
[0113]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Q1、Q2的导通断开。占空比控制部330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而构成，将根据所希望的占空比生成的占空比指令信号DUTY和载波信号CR进行比较，将作为其比较结果而得到的选通信号PWC分别向开关元件Ql、Q2输出。
[0114]〈电抗器电流的检测方法〉
[0115]接下来，参照图6到图11详细地说明电抗器电流IL的检测方法。此处，图6以及图7分别是示出实施方式所涉及的电抗器电流的检测方法的图表。另外，图8以及图9分别是示出比较例所涉及的电抗器电流的检测方法的图表。进而图10是示出第I变形例所涉及的电抗器电流的检测方法的图表，图11是示出第I变形例所涉及的电抗器电流的变化量的检测方法的图表。
[0116]如图6所示，在本实施方式所涉及的升压控制装置中，通过电流传感器18(参照图1)，每隔规定期间(例如，每隔Iys)对电抗器电流IL进行多点采样。另外，关于作为电抗器电流IL的检测周期的规定期间，例如根据开关元件Ql以及Q2的开关周期(换言之，电抗器电流IL上下变动的周期)来适当地设定即可。
[0117]如图7所示，如果对电抗器电流IL进行多点采样，则在过零时连续地检测出相同的值。因此，能够根据电抗器电流IL的变化量恰当地判断过零。具体地，能够将电抗器电流IL的变化量小于规定值(更具体地，例如极其接近零的值)作为条件，判定过零。
[0118]如图8所示，考虑只在脉动的中心处对电抗器电流IL进行采样的比较例。在这样的比较例中，在非过零时，也能够以相应的精度检测出电抗器电流IL的值。但是，难以如上述的本实施方式那样恰当地判断过零。
[0119]如图9所示，在过零时，存在电抗器电流IL成为恒定的期间。但是，在仅在脉动的中心处对电抗器电流IL进行采样的比较例中，可能产生完全检测不到过零期间的电抗器电流IL的状况。因此，不能像本实施方式那样根据电抗器电流IL的变化量判定过零。
[0120]如图10所示，在本实施方式所涉及的升压控制装置中，也可以仅在开关元件Ql或者Q2即将被设为导通之前的期间执行采样。例如，如图10所示，如果仅在开关元件即将被设为导通之前的3个点(在图10中用?标记的3个点)执行采样，则能够判定过零。即，不需要始终检测电抗器电流IL。
[0121]电抗器电流IL在开关元件Ql以及Q2被设为导通的期间增加，在被设为断开的期间减少。因此，理论上，在开关元件Ql以及Q2被设为导通的期间电抗器电流IL不会成为零附近，而在被设为断开的期间(特别是在即将被设为导通之前的期间)电抗器电流IL有可能成为零附近。
[0122]因此，如果设为在开关元件Ql或者Q2即将被设为导通之前的期间(此处，通过每隔Iys的检测而检测3点的3ys前的期间)检测电抗器电流IL的变化量，则能在电抗器电流IL有可能成为零附近的期间恰当地进行过零的判定。其结果，能够避免执行不必要的检测处理以及判定处理，能够有效地降低控制负荷。
[0123]如图11所示，如果使用微分电路，则能够将其输出作为电抗器电流IL的变化量，原样地利用。另外，如果使用模拟微分器，则不需要使用例如实现数字处理的高性能的微型计算机，所以能够谋求成本的降低。进而，不伴随将电抗器电流IL的采样周期变小那样的控制负荷的上升，所以容易对以往的装置应用。
[0124]〈在过零时可能产生的问题点〉
[0125]接下来，参照图12到图14详细地说明在电抗器电流IL成为零附近的情况下可能产生的问题点。此处，图12是示出过零时的占空比和电抗器电流的关系的图表，图13是示出比较例所涉及的电抗器电流的仿真结果的图表。另外，图14是示出前馈控制的偏差所导致的问题点的图表。
[0126]如图12所示，在非过零时，占空比和电抗器电流IL的关系是线性的关系。但是，在过零时，由于电抗器电流IL不能跨过零而变化，所以占空比和电抗器电流IL的关系是非线性的关系。这样，根据电抗器电流IL是否在零附近，占空比和电抗器电流IL的关系大幅地变化。
[0127]如图13所示，假设在过零时以及非过零时这两方时进行了相同的控制，则相对电抗器电流IL的指令值，实际的电抗器电流IL大幅地紊乱。即，如果不考虑电抗器电流IL是否在零附近而进行控制，则产生不能得到所希望的电抗器电流IL这样的问题。
[0128]另外，如果在控制占空时进行前馈控制以及反馈控制，则有可能能够避免上述的问题。但是，在前馈控制中，由于利用例如电抗器LI的电感、蓄电装置28的内阻等易变动的参数，所以偏差产生的可能性非常高。因此，即使使用前馈控制以及反馈控制，也未必始终能得到所希望的电抗器电流IL。
[0129]如图14所示，设为在使电抗器电流IL逐渐增加的状况下，目前期望a点处的控制。但是，如果在前馈控制中产生了偏差，则会被执行b点处的控制。即，会被控制成占空比成为比恰当的值小的值。在该情况下，相当于进行了与真的占空比对应的c点处的控制，输出的电抗器电流IL成为了极其高的值。这样，如果电抗器电流IL被输出为不必要地大的值，则可能产生例如CPU等的毁坏。即，如果不能得到所希望的电抗器电流IL，则有产生预料不到的问题的危险。
[0130]本实施方式所涉及的升压控制装置为了避免上述的问题，构成为能够执行以下说明的占空比控制切换动作。
[0131]〈占空比控制切换动作〉
[0132]以下，参照图15到图17详细说明作为本实施方式所涉及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15是示出实施方式所涉及的占空比控制的切换动作的流程图，图16是示出前馈项的切换动作的图表。另外，图17是示出实施方式所涉及的电抗器电流的仿真结果的图表。
[0133]在图15中，在占空比控制切换动作时，首先判定是否是开关元件Ql或者Q2即将被设为导通之前的期间(步骤S101)。即，如由图10说明那样，判定是否是应该对电抗器电流IL进行采样的期间。然后，如果判定为是开关元件Ql或者Q2即将被设为导通之前的期间(步骤SlOl:是)，则通过电流传感器18，对电抗器电流IL进行采样(步骤S102)。电流传感器18在直到开关元件Ql或者Q2被设为导通为止，以规定的间隔(例如lys)对电抗器电流IL进行采样。被采样的电抗器电流IL输入到ECU30的电流变化量检测部310，电抗器电流IL的变化量被检测(步骤S103)。
[0134]电抗器电流IL的变化量被输入到过零判定部320。在过零判定部320中，如果输入电抗器电流IL的变化量，则从存储器等读取在上次的判定中利用的电抗器电流IL的变化量(步骤S104) ο在该时间点，过零判定部320具有为了本次的判定而检测出的电抗器电流IL的变化量和为了上次的判定而检测出的电抗器电流IL的变化量。
[0135]接着，在过零判定部320中，判定本次的电抗器电流IL的变化量以及上次的电抗器电流IL的变化量的各个是否小于规定阈值(步骤S105)。此处，规定阈值是用于判定过零的阈值，预先存储于过零判定部320所具有的存储器等。过零判定部320在电抗器电流IL的变化量小于规定阈值的情况下判定为是过零，在电抗器电流IL的变化量不小于规定阈值的情况下判定为不是过零(即，非过零)。另外，关于本次的电抗器电流IL的变化量以及上次的电抗器电流IL的变化量的各个，分别发出判定结果。
[0136]在判定为本次的电抗器电流IL的变化量以及上次的电抗器电流IL的变化量这两方是规定阈值以上的情况下，过零判定部320判定为从上次开始继续着非过零的状态。其结果，在占空比控制部330中，继续进行非过零用的占空比控制。具体地，占空比控制部330执行使用了非过零用的前馈项(以下，适当地称为“FF项”。)的前馈控制(步骤S106)。另外，该情况下的具体的占空比指令例如由以下的式(I)表示。
[0137]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
[0138]...⑴
[0139]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，例如，此处的“kil X电流偏差+积分项”成为下次控制时的积分项。
[0140]在判定为只有本次的电抗器电流IL小于规定阈值、而上次的电抗器电流IL的变化量是规定阈值以上的情况下，过零判定部320判定为到上次为止是非过零的状态但从本次开始成为了过零的状态。其结果，在占空比控制部330中，非过零用的占空比控制被切换到过零用的占空比控制。具体地，占空比控制部330执行使用了过零用的FF项的前馈控制(步骤S107)。另外，在占空比控制部330中，计算上次的FF项(S卩，非过零用的FF项)与本次的FF项(即，过零用的FF项)的差分，追加到占空比指令的积分项(步骤S108)。进而，在占空比控制部330中，反馈增益被切换为过零用的反馈增益(步骤S109)。另外，该情况下的具体的占空比指令例如由以下的式(2)表示。
[0141]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项一过零时FF项)}
[0142]...(2)
[OH3]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，例如，此处的“ki2X电流偏差+{积分项+(非过零时FF项一过零时FF项)}”成为下次控制时的积分项。
[0144]在图16中，如已说明那样，在判定为从非过零变成过零的情况下，FF项从非过零用切换到过零用。看图也可知，非过零时的电抗器电流IL和占空比的关系是，相对电抗器电流IL的减少，占空比以I次函数方式增加。另一方面，过零时的电抗器电流IL和占空比的关系是，相对电抗器电流IL的减少，占空比以2次函数方式增加。而且，电抗器电流IL在零附近时，在过零用的情况下相比于非过零用的情况，与电抗器电流IL对应的占空比变大。因此，在判定为从非过零变成过零的情况下，过零时的与电抗器电流IL对应的占空比被设为比非过零时的与电抗器电流IL对应的占空比大。
[0145]此时，在切换前后会失去FF项的连续性，所以如果只是单纯地切换FF项，则有产生问题的担心。因此，在本实施方式中，如上所述，非过零用的FF项与过零用的FF项的差分被追加到积分项，保持切换前后的连续性。另外，根据反馈增益的切换(即，kpl以及kil向kp2以及ki2的切换)，还能够应对响应性的变化。
[0146]在判定为只有上次的电抗器电流IL小于规定阈值、而本次的电抗器电流IL的变化量是规定阈值以上的情况下，过零判定部320判定为直到上次为止是过零的状态但从本次开始成为了非过零的状态。其结果，在占空比控制部330中，过零用的占空比控制被切换到非过零用的占空比控制。具体地，占空比控制部330执行使用了非过零用的FF项的前馈控制(步骤SI 10)。另外，在占空比控制部330中，计算上次的FF项(即，过零用的FF项)与本次的FF项(即，非过零用的FF项)的差分，追加到占空比指令的积分项(步骤S111)。进而，在占空比控制部330中，反馈增益被切换为非过零用的反馈增益(步骤S112)。另外，该情况下的具体的占空比指令例如由以下的式(3)表示。
[0147]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项一非过零时FF项)}
[0148]...(3)
[0149]另外，例如，此处的“kilX电流偏差+{积分项+(过零时FF项一非过零时FF项)}”成为下次控制时的积分项。
[0150]在判定为本次的电抗器电流IL的变化量以及上次的电抗器电流IL的变化量这两方都小于规定阈值的情况下，过零判定部320判定为从上次开始继续着过零的状态。其结果，在占空比控制部330中，继续进行过零用的占空比控制。具体地，占空比控制部330执行使用了过零用的FF项的前馈控制(步骤S113)。另外，该情况下的具体的占空比指令例如由以下的式(4)表示。
[0151 ]占空比指令=过零时FF项+kp2 X电流偏差+ki2 X电流偏差+积分项
[0152]...⑷
[0153]另外，例如，此处的“ki2X电流偏差+积分项”成为下次控制时的积分项。
[0154]如图17所示，根据上述的占空比控制切换处理，能够抑制如图13所示的电抗器电流IL的紊乱。即，能够减少电抗器电流IL的指令值和实际的电抗器电流IL的偏差。即，如果根据是否是过零而选择性地执行不同的占空比控制，则即使在占空比和电抗器电流IL的关系变化那样的情况下，也能够可靠地得到所希望的电抗器电流IL。
[0155]如以上说明那样，根据本实施方式所涉及的升压控制装置，能够准确地判定过零，恰当地执行占空比控制。
[0156]本发明并不限于上述的实施方式，能够在不违反从权利要求书以及说明书整体理解的发明的要点或者思想的范围内适当地变更，伴随那样的变更的升压控制装置也还包含于本发明的技术范围。
【主权项】
1.一种升压控制装置，能够实现仅驱动分别串联地连接于电抗器的第I开关元件以及第2开关元件中的某一方的单元件控制，所述升压控制装置的特征在于， 具备: 电流值变化量检测单元，在所述单元件控制中，在第I设定期间，检测流过所述电抗器的输出电流的变化量； 判定单元，在所述变化量小于预先设定的阈值的情况下，判定为所述输出电流在零附近；以及 控制单元，(i)在未判定为所述输出电流在零附近的情况下，进行利用第I控制参数的第I占空比控制，(ii)在判定为所述输出电流在零附近的情况下，进行利用与所述第I控制参数不同的第2控制参数的第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， 所述第I控制参数以及所述第2控制参数包括相异的前馈项， 根据所述前馈项的不同，所述第2占空比控制中的与所述输出电流对应的占空比被设为比所述第I占空比控制中的与所述输出电流对应的占空比大。3.根据权利要求1所述的升压控制装置，其特征在于， 所述电流值变化量检测单元包括微分器。4.根据权利要求1或2所述的升压控制装置，其特征在于， 所述电流值变化量检测单元通过将所述输出电流连续检测预先设定的次数来检测所述变化量。5.根据权利要求4所述的升压控制装置，其特征在于， 所述电流值变化量检测单元通过将所述输出电流连续检测3次以上来检测多个所述变化量， 所述判定单元在多个所述变化量中的、预先设定的个数以上的所述变化量小于所述阈值的情况下，判定为所述输出电流在零附近。6.根据权利要求1?5中的任意一项所述的升压控制装置，其特征在于， 所述电流值变化量检测单元在第2设定期间检测所述变化量，所述第2设定期间是所述第I开关元件或者所述第2开关元件即将被设为导通之前的期间。7.根据权利要求1?6中的任意一项所述的升压控制装置，其特征在于， 所述电流值变化量检测单元在时间轴上连续的第I期间以及第2期间的各个中，分别检测第I变化量以及第2变化量，所述第I变化量是与所述第I期间对应的所述变化量，所述第2变化量是与所述第2期间对应的所述变化量， 所述判定单元(i)在所述第I变化量不小于所述阈值、而所述第2变化量小于所述阈值的情况下，将与所述第2期间对应的定时判定为所述输出电流成为零附近的定时，(ii)在所述第I变化量小于所述阈值、而所述第2变化量不小于所述阈值的情况下，将与所述第2期间对应的定时判定为所述输出电流成为非零附近的定时。8.根据权利要求1?7中的任意一项所述的升压控制装置，其特征在于， 所述控制单元在切换所述第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， 所述控制单元通过将第I控制参数以及所述第2控制参数的差分相加到所述比例积分控制中的积分项来提高所述第I控制参数以及所述第2控制参数的连续性。
【文档编号】H02M3/156GK105896968SQ201610081435
【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