专利名称：电压变换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压变换设备，更具体地，涉及一种无需对输出电源电压的电源施加过电压，即可变换电压的电压变换设备。
背景技术：
常规的电压变换设备包括升压变换器和控制装置。所述控制装置接收所述升压变换器的输出电压，将被由作为负载的交流(AC)电机输出的扭矩控制值，以及所述AC电机的转数。
所述控制装置根据所述扭矩控制值和所述电机转数来自计算所述升压变换器的目标电压，并进一步计算所述计算的目标电压和所述升压变换器的输出电压之间的误差。然后，所述控制装置根据所述计算的误差调整PI控制增益(比例增益和积分增益)，并利用所述调整的PI控制增益向所述升压变换器提供反馈控制。
在所述控制装置的反馈控制下，所述升压变换器将来自DC电源的直流(DC)电压变换为输出电压，从而使得该输出电压达到所述目标电压(日本专利公开2003-309997)。
这样，所述常规电压变换设备根据在所述目标电压和从所述DC电压变换得到的所述输出电压之间的误差来调整所述PI控制增益，并利用所述调整的PI控制增益将来自所述DC电源的DC电压变换为所述输出电压，从而使得所述输出电压达到所述目标电压。
然而，在所述常规的电压变换设备中，当所述输出电压偏离所述目标电压，并且占空比(duty ratio)显著变化以使得所述偏离的输出电压达到所述目标电压时，返回到所述电源侧的电力被增加，并且过电压被施加于所述电源。
本发明的目的在于提供一种电压变换设备，其无需将过电压施加于电源即可变换电压。
发明内容
根据本发明，所述电压变换设备包括电压变换器和控制装置。所述电压变换器通过在作为上臂的第一开关元件和作为下臂的第二开关元件之间的开关操作，将来自电源的电源电压变换为输出电压，从而使得所述输出电压达到目标电压。所述控制装置利用在低于当过电压被施加于所述电源时的占空比的上限值的范围内的占空比，来提供对所述第一和所述第二开关元件的开关控制。
优选地，所述控制装置包括占空比计算单元和开关控制单元。所述占空比计算单元依据所述输出电压和阈值电压来计算所述占空比的上限值，其中所述阈值电压是用于确定所述过电压已被施加于所述电源的参考值。所述开关控制单元利用在低于所述计算得到的占空比的上限值的范围内的占空比，来提供对所述第一和所述第二开关元件的开关控制。
优选地，所述输出电压被提供给驱动电机的逆变器。
优选地，所述输出电压被提供给多个逆变器，所述多个逆变器被对应于多个电机设置，并且相互并联连接。
优选地，从直流电池得到所述电源电压。
在根据本发明的所述电压变换设备中，利用在低于当过电压被施加于所述电源时的占空比的上限值的范围内的占空比，使得所述第一和所述第二开关元件受到开关控制，以将来自所述电源的所述电源电压变换为所述输出电压，从而使得所述输出电压达到所述目标电压。
因此，根据本发明，可避免施加过电压于所述电源。
通过以下参照附图对本发明的详细描述，本发明的前述以及其它目的、特点、方面和优点将变得更加明显。
图1是电机驱动器的示意图，所述电机驱动器包括根据本发明实施例的电压变换设备；图2是图1所示的控制装置的功能框图；图3是图2所示的逆变器控制装置的功能框图；图4是图2所示的变换器控制装置的功能框图；图5是视图，其示出了占空比DR和升压变换器的输出电压Vm之间的关系；图6是电压值的时间图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明的实施例，其中，相同的或对应的部分将用相同的参考数字标出，并且不对其进行重复描述。
图1是电机驱动器的示意图，所述电机驱动器包括根据本发明实施例的电压变换设备。参照图1，包括根据本发明实施例的电压变换设备的电机驱动器100包括电池B，电容器C1和C2，电压传感器10和13，升压变换器12，逆变器14和31，电流传感器24和28，以及控制装置30。
电动发电机MG1和MG2是驱动电机，其每一个产生扭矩以驱动混合动力车或电动车的驱动轮。可选地，例如，电动发电机MG1和MG2可集成在混合动力车中，以具有由发动机驱动的发电机的功能，并作为电动机工作，从而为所述发动机提供发动机起动。
电池B被连接在电源线111和逆变器14和31的负母线112之间。电容器C1连接在电源线111和负母线112之间，与电池B并联。电容器C2连接在逆变器14和31的正母线113和负母线112之间。
升压变换器12包括电抗器L1，NPN(负-正-负)晶体管Q1和Q2，以及二极管D1和D2。电抗器L1的一端与电池B的电源线111相连接，另一端与NPN晶体管Q1和NPN晶体管Q2之间的中间点相连接，即，连接在NPN晶体管Q1的发射极和NPN晶体管Q2的集电极之间。NPN晶体管Q1和Q2在正母线113和负母线112之间串联连接。NPN晶体管Q1的集电极与正母线113相连接，而NPN晶体管Q2的发射极与负母线112相连接。在NPN晶体管Q1和Q2的每一个的集电极和发射极之间，分别连接有二极管D1和D2，从发射极侧到集电极侧的电流分别流经所述二极管。
逆变器14和31在节点N1和节点N2之间并联连接。
逆变器14包括U相臂15，V相臂16，以及W相臂17。U相臂15，V相臂16，以及W相臂17在正母线113和负母线112之间并联连接。
U相臂15包括串联连接的NPN晶体管Q3和Q4，V相臂16包括串联连接的NPN晶体管Q5和Q6，且W相臂17包括串联连接的NPN晶体管Q7和Q8。在NPN晶体管Q3到Q8的每一个的集电极和发射极之间，分别连接有二极管D3到D8，从发射极侧到集电极侧的电流分别流经所述二极管。
各相臂的中间点连接到电动发电机MG1的各相线圈的各相端。更具体地，电动发电机MG1是三相永磁电机，其被配置为使得所述U相、所述V相、以及所述W相中的三个线圈中的每一个的一端连接在一个共同的中点，并且所述U相线圈的另一端连接在NPN晶体管Q3和Q4之间的中间点，所述V相线圈的另一端连接在NPN晶体管Q5和Q6之间的中间点，以及，所述W相线圈的另一端连接在NPN晶体管Q7和Q8之间的中间点。
逆变器31具有与逆变器14相同的构造。逆变器31的各相臂的中间点连接到电动发电机MG2各相线圈的各相端。更具体地，与电动发电机MG1一样，电动发电机MG2也是三相永磁电机，其被配置为使得所述U相、所述V相以及所述W相中的三个线圈中的每一个的一端连接在一个共同的中点，并且所述U相线圈的另一端连接在逆变器31的NPN晶体管Q3和Q4之间的中间点，所述V相线圈的另一端连接在逆变器31的NPN晶体管Q5和Q6之间的中间点，且所述W相线圈的另一端连接在逆变器31的NPN晶体管Q7和Q8之间的中间点。
电池B是DC电池，其包括使用了诸如镍氢、锂离子等的二次电池。电压传感器10检测从电池B输出的DC电压Vb，并向控制装置30输出所述检测到的DC电压Vb。电容器C1对从电池B输出的所述DC电压进行平滑，并向升压变换器12提供所述平滑的DC电压。
升压变换器12对从电容器C1提供的DC电压进行升压，以输入给电容器C2。更具体地，在接收到来自控制装置30的信号PWMC之后，升压变换器12根据由信号PWMC开启NPN晶体管Q2的期间对所述DC电压进行升压，以提供给电容器C2。在此情况下，利用信号PWMC关闭NPN晶体管Q1。
进一步，升压变换器12根据来自控制装置30的信号PWMC对从逆变器14(或31)经由电容器C2提供的DC电压进行降压，以对电池B进行充电。
电容器C2对由升压变换器12升压的所述DC电压进行平滑，并经由节点N1和N2将所述平滑的DC电压提供给逆变器14和31。如此，电容器C2接收由升压变换器12升压的DC电压，并对所述接收到的DC电压进行平滑，以提供给逆变器14和31。
电压传感器13检测跨电容器C2的电压Vm(即，相当于逆变器14和31的电压输入的电压以下亦然)，并将所述检测的电压Vm输出到控制装置30。
当经由节点N1和N2以及电容器C2从升压变换器12向逆变器14提供所述DC电压时，逆变器14根据来自控制装置30的信号PWMI1将所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG1。因而，电动发电机MG1被驱动以产生由扭矩控制值TR1指定的扭矩。进一步，当在混合动力车或配备了电机驱动器100的电动车中进行再生制动时，逆变器14根据来自控制装置30的信号PWMI1将由电动发电机MG1所产生的AC电压变换为DC电压，并经由电容器C2与节点N1和N2，将所述变换的DC电压提供给升压变换器12。
当经由节点N1和N2以及电容器C2从升压变换器12向逆变器31提供所述DC电压时，逆变器31根据来自控制装置30的信号PWMI2将所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG2。因而，电动发电机MG2被驱动以产生由扭矩控制值TR2指定的扭矩。进一步，当在混合动力车或配备了电机驱动器100的电动车中进行再生制动时，逆变器31根据来自控制装置30的信号PWMI2将由电动发电机MG2所产生的AC电压变换为DC电压，并经由电容器C2与节点N1和N2将所述变换的DC电压提供给升压变换器12。
需要注意的是，在此描述的“再生制动”包括当驾驶混合动力车或电动车的驾驶员使用脚制动器时伴随再生发电的制动，以及当驾驶员在驾驶车辆时不使用脚制动器而松开加速器踏板从而进行再生发电时的车辆减速(或停止加速)。
电流传感器24检测流入电动发电机MG1的电机电流MCRT1，并向控制装置30输出所述检测的电机电流MCRT1。电流传感器28检测流入电动发电机MG2的电机电流MCRT2，并向控制装置30输出所述检测的电机电流MCRT2。
控制装置30接收来自外部ECU(电子控制单元)的扭矩控制值TR1、TR2以及电机转数MRN1、MRN2；来自电压传感器13的输出电压Vm；来自电流传感器24的电机电流MCRT1；以及来自电流传感器28的电机电流MCRT2。控制装置30根据输出电压Vm、电机电流MCRT1以及扭矩控制值TR1，以将在后面进行详细描述的方式产生信号PWMI1，该信号用于当逆变器14驱动电动发电机MG1时向逆变器14的NPN晶体管Q3到Q8提供开关控制，并且向逆变器14输出所述产生的信号PWMI1。
进一步，控制装置30根据输出电压Vm、电机电流MCRT2，以及扭矩控制值TR2，以将在后面进行详细描述的方式产生信号PWMI2，该信号用于当逆变器31驱动电动发电机MG2时向逆变器31的NPN晶体管Q3到Q8提供开关控制，并且向逆变器31输出所述产生的信号PWMI2。
此外，当逆变器14(或31)驱动电动发电机MG1(或MG2)时，控制装置30根据DC电压Vb、输出电压Vm、扭矩控制值TR1(或TR2)以及电机转数MRN1(或MRN2)，以将在后面进行详细描述的方式产生信号PWMC，该信号用于向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制，并且向升压变换器12输出所述产生的信号PWMC。信号PWMC是向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的信号，从而不会有过电压施加于电池B。
图2是图1所示的控制装置30的功能框图。参照图2，控制装置30包括逆变器控制装置301和302，以及逆变器控制装置303。
逆变器控制装置301接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR1，来自电流传感器24的电机电流MCRT1，以及来自电压传感器13的电压Vm。然后，逆变器控制装置301根据扭矩控制值TR1、电机电流MCRT1以及电压Vm，以将在后面进行详细描述的方式产生信号PWMI1，并向逆变器14输出。
逆变器控制装置302接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR2，来自电流传感器28的电机电流MCRT2，以及来自电压传感器13的电压Vm。然后，逆变器控制装置302根据扭矩控制值TR2、电机电流MCRT2以及电压Vm，以将在后面进行详细描述的方式产生信号PWMI2，并向逆变器31输出。
逆变器控制装置303接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR1、TR2，以及电机转数MRN1、MRN2，来自电压传感器10的DC电压Vb，以及来自电压传感器13的电压Vm。变换器控制装置303保持阈值电压OVb，该阈值电压是确定过电压已被施加于电池B的参考值。变换器控制装置303根据所述保持的阈值电压OVb和从电压传感器13接收的电压Vm，以将在后面进行详细描述的方式，计算当过电压(即，阈值电压OVb)被施加于电池B时NPN晶体管Q1和Q2的开关控制中的占空比的上限值DR_Ulim。然后，变换器控制装置303根据扭矩控制值TR1(或TR2)、电机转数MRN1(或MRN2)、DC电压Vb以及电压Vm，以将在后面进行详细描述的方式在低于所述计算的占空比的上限值DR_Ulim的范围内产生信号PWMC，并向升压变换器12输出。
可注意到，阈值电压OVb被设置为，例如，施加于电池B并被判定为过电压的电压的最小值。
图3是图2所示的逆变器控制装置301和302的功能框图。参照图3，逆变器控制装置301和302的每一个包括电机控制相电压计算单元40和逆变器PWM信号变换单元42。
电机控制相电压计算单元40接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR1和TR2；来自电压传感器13的升压变换器12的输出电压Vm，即，输入到逆变器14和31的电压；来自电流传感器24的流入电动发电机MG1的每一相的电机电流MCRT1；以及来自电流传感器28的流入电动发电机MG2的每一相的电机电流MCRT2。然后，电机控制相电压计算单元40根据输出电压Vm、扭矩控制值TR1(或TR2)以及电机电流MCRT1(或MCRT2)计算将被施加于电动发电机MG1(或电动发电机MG2)的各相线圈的电压，并向逆变器PWM信号变换单元42输出所述计算结果。
逆变器PWM信号变换单元42根据从电机控制相电压计算单元40接收到的所述计算结果产生实际开启/关闭逆变器14(或逆变器31)的各NPN晶体管Q3到Q8的信号PWMI1(或信号PWMI2)，并向逆变器14(或逆变器31)的各NPN晶体管Q3到Q8输出所述生成的信号PWMI1(或信号PWMI2)。
因而，各NPN晶体管Q3到Q8受到开关控制，以控制流入电动发电机MG1(或电动发电机MG2)各相的电流，从而使得电动发电机MG1(或电动发电机MG2)输出被控制的扭矩。这样，可以控制电机驱动电流，并且输出根据扭矩控制值TR1(或TR2)的电机扭矩。
通过电机转数MRN1和扭矩控制值TR1来确定在动力运行模式下还是在再生模式下由信号PWMI1驱动逆变器14。更具体地，在具有表示电机转数的横轴和表示扭矩控制值的纵轴的正交坐标系中，当电机转数MRN1和扭矩控制值TR1之间的关系出现在第一或第二象限时，电动发电机MG1处于动力运行模式，而当电机转数MRN1和扭矩控制值TR1之间的关系出现在第三或第四象限时，电动发电机MG1处于再生模式。于是，当电机控制相电压计算单元40从所述外部ECU接收出现在所述第一或所述第二象限的电机转数MRN1和扭矩控制值TR1时，逆变器PWM信号变换单元42产生用于在所述动力运行模式下驱动逆变器14的信号PWMI1，而当电机控制相电压计算单元40从所述外部ECU接收出现在所述第三或所述第四象限的电机转数MRN1和扭矩控制值TR1时，逆变器PWM信号变换单元42产生用于在所述再生模式下驱动逆变器14的信号PWMI1。
关于是在所述动力运行模式下还是在所述再生模式下由信号PWMI2驱动逆变器31，这同样为真。
图4是图2所示的变换器控制装置303的功能框图。参照图4，变换器控制装置303包括逆变器输入电压指令计算单元50，反馈电压指令计算单元52，以及占空比变换单元54。
逆变器输入电压指令计算单元50接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR1、TR2以及电机转数MRN1、MRN2。然后，逆变器输入电压指令计算单元50根据扭矩控制值TR1(或TR2)和电机转数MRN1(或MRN2)计算输入给所述逆变器的电压的最佳值(目标值)，即，电压指令Vdc_com，并向反馈电压指令计算单元52输出所述计算的电压指令Vdc_com。
反馈电压指令计算单元52接收来自电压传感器13的升压变换器12的输出电压Vm，以及来自逆变器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com(相当于输出电压Vm的目标电压以下亦然)。然后，反馈电压指令计算单元52根据输出电压Vm和电压指令Vdc_com计算用于将输出电压Vm设置为电压指令Vdc_com的反馈电压指令Vdc_com_fb，并向占空比变换单元54输出所述计算的反馈电压指令Vdc_com_fb。
占空比变换单元54保持阈值电压OVb，并接收来自电压传感器10的DC电压Vb以及来自电压传感器13的输出电压Vm。占空比变换单元54根据阈值OVb和输出电压Vm，利用如下等式计算所述占空比的上限值DR_UlimDR_Ulim＝OVb/Vm …(1)可注意到，在本发明中，所述“占空比”指作为升压变换器12上臂的NPN晶体管Q1的开启期间T1on与作为升压变换器12下臂的NPN晶体管Q2的开启期间T2on之间的比(＝T1on/(T1on+T2on))。
从等式(1)，根据升压变换器12实际输出的输出电压Vm确定所述占空比DR_Ulim的所述上限值。
在计算所述占空比DR_Ulim的所述上限值之后，占空比变换单元54根据DC电压Vb，输出电压Vm，以及反馈电压指令Vdc_com_fb，计算占空比DR，将输出电压Vm设置为处在低于所述占空比DR_Ulim的所述计算得到的上限值范围内的反馈电压指令Vdc_com_fb。
图5是视图，其示出了占空比DR和升压变换器12输出电压Vm之间的关系。参照图5，曲线k1表示利用以上等式(1)计算得到的占空比的上限值DR_Ulim。不低于曲线k1的区域表示当过电压被施加于电池B时的占空比，而低于曲线k1的区域表示当电池B上没有被施加过电压时的占空比。
在低于曲线k1的区域，占空比变换单元54根据DC电压Vb、输出电压Vm以及反馈电压指令Vdc_com_fb计算用于将输出电压Vm设置为反馈电压指令Vdc_com_fb的占空比DR。
这意味着，当占空比DR_Nlim1不低于所述占空比上限值DR_Ulim时，占空比变换单元54将低于所述占空比上限值DR_Ulim的占空比DR1确定为用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR，其中，根据DC电压Vb、输出电压Vm1以及反馈电压指令Vdc_com_fb，不受所述占空比上限值DR_Ulim的限制来计算所述占空比DR_Nlim1，以将输出电压Vm设置为反馈电压指令Vdc_com_fb，而且当不受限制计算的占空比DR_Nlim2低于所述占空比上限值DR_Ulim时，占空比变换单元54将所述计算的占空比DR_Nlim2确定为用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR。
更具体地，当所述计算的占空比DR_Nlim1和输出电压Vm1之间的关系出现在曲线k1之上的点A时，将低于所述占空比上限值DR_Ulim的占空比DR1确定为用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR，从而使得占空比DR和输出电压Vm之间的关系出现在低于曲线k1的点B，而当所述计算的占空比DR_Nlim2和输出电压Vm1之间的关系出现在低于曲线k1的点C时，将所述计算的占空比DR_Nlim2确定为用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR。
不管DC电压Vb、输出电压Vm以及反馈电压指令Vdc_com_fb如何变化，占空比变换单元54都可以在低于曲线k1的区域中确定用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR。
当起因于不受限制计算的占空比DR_Nlim1不低于所述占空比上限值DR_Ulim的事实，将低于所述占空比上限值DR_Ulim的占空比DR1确定为用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制占空比DR时，可以通过各种方式确定占空比DR1。
更具体地，可将占空比DR1确定为在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内尽可能接近所述占空比上限值DR_Ulim的值，或者根据占空比DR_Nlim1和所述占空比上限值DR_Ulim之间的差ΔDR在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR1。在后一种情况下，当差ΔDR相对大时，可在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR1，从而使得对于所述占空比上限值DR_Ulim的差相对小，而当差ΔDR相对小时，可在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR1，从而使得对于所述占空比上限值DR_Ulim的差相对大。
在计算用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR之后，占空比变换单元54根据所述计算的占空比DR产生用于开启/关闭升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2的信号PWMC。然后，占空比变换单元54向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2输出所述生成的信号PWMC。
因而，升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2受到开关控制，从而使得过电压未被施加于电池B上，并且升压变换器12将DC电压Vb变换为输出电压Vm，从而使得输出电压Vm达到目标电压(电压指令Vdc_com)。因此，可防止过电压被施加于电池B上。
可注意到，由于通过提高作为升压变换器12中的下侧晶体管的NPN晶体管Q2的当值比(on-duty ratio)可以增加电抗器L1中的电力累积，可实现更高的电压输出。相反，通过提高上侧NPN晶体管Q1的当值比可以降低所述正母线的电压。因而，通过控制NPN晶体管Q1和Q2之间的所述占空比，可将所述正母线的电压控制为不低于电池B的输出电压的任何电压。
在电机驱动器100中，跨电容器C2的电压Vm可取决于电动发电机MG1和MG2的工作条件显著变化。更具体地，当电动发电机MG2中的电力消耗急剧增加时，电压Vm显著降低，而当电动发电机MG1中的电力产生急剧增加时，电压Vm显著升高。
由于在这种情况下输出电压Vm严重偏离所述目标电压(电压指令Vdc_com)，变换器控制装置303显著改变占空比DR，从而使得输出电压Vm达到所述目标电压，以向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。
在这种情况下，除非限制用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR，过电压将被施加于电池B。更具体地，当输出电压Vm升高到远大于所述目标电压时，变换器控制装置303升高占空比DR，以将输出电压Vm降低到所述目标电压，从而向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。然后，NPN晶体管Q1开启的时段T1on被延长，并且更高比例的电流经由升压变换器12从逆变器14和31侧流到所述电池B侧。结果，过电压被施加于电池B。
进一步，当输出电压Vm下降到远小于所述目标电压时，变换器控制装置303减小占空比DR(即，延长作为所述下臂的NPN晶体管Q2的开启时段T2on)，以将输出电压Vm增加到所述目标电压，从而向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。然后，在电抗器L1中积累大量电能，输出电压Vm升高到高于所述目标电压，并且变换器控制装置303提高占空比DR，以向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。结果，如上所述，过电压被施加于电池B。
这样，当输出电压Vm相对于所述目标电压变化(降低/增加)时，过电压被施加于电池B。
然而，在本发明中，如前所述，由于变换器控制装置303在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR，并且利用所述确定的占空比DR向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制，即使当输出电压Vm相对于所述目标电压变化时，也不会有过电压被施加于电池B。
可注意到，变换器控制装置303中的工作实际上由CPU(中央处理单元)进行。所述CPU读取存储在ROM(只读存储器)中的程序，执行所述读取的程序以在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR，并利用所述确定的占空比DR向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。
图6是电压值的时间图。在图6中，纵轴表示标准化的电压值，而横轴表示时间。曲线k2表示输出电压Vm，曲线k3表示在应用本发明的情况下的DC电压Vb，而曲线k4表示在不应用本发明的情况下的DC电压Vb。
参照图6，当输出电压Vm在经过1.0秒后升高或降低时，在应用本发明的情况下，电池B的DC电压Vb随着输出电压Vm的波动升高或降低，但是不会达到阈值电压OVb(见曲线k3)，因而，没有过电压被施加于电池B。
相反，在不应用本发明的情况下，电池B的DC电压Vb随着输出电压Vm的波动显著升高，达到阈值电压OVb。结果，过电压被施加于电池B上。
因此，通过应用本发明，可防止施加过电压在电池B上。
可注意到，考虑保护电池B，以及保护连接在电池B和升压变换器12之间并通过直接从电池B接收DC电压Vb进行驱动的辅助装置，来确定阈值电压OVb的电平。
再次参照图1，将描述电机驱动器100的总体操作。当开始所述总体操作时，电压传感器10检测来自电池B的DC电压Vb，并向控制装置30输出所述检测的DC电压Vb。电压传感器13检测跨电容器C2的电压Vm，并向控制装置30输出所述检测到的电压Vm。进一步，电流传感器24检测流入电动发电机MG1的电机电流MCRT1，以向控制装置30输出，而电流传感器28检测流入电动发电机MG2的电机电流MCRT2，以向控制装置30输出。控制装置30接收来自所述外部ECU的扭矩控制值TR1、TR2以及电机转数MRN1、MRN2。
然后，控制装置30根据电压Vm、电机电流MCRT1以及扭矩控制值TR1以前述方式产生信号PWMI1，并向逆变器14输出所述生成的信号PWMI1。进一步，控制装置30根据电压Vm、电机电流MCRT2以及扭矩控制值TR2以前述方式产生信号PWMI2，并向逆变器31输出所述生成的信号PWMI2。此外，当逆变器14(或31)驱动电动发电机MG1(或MG2)时，控制装置30依照DC电压Vb、电压Vm、扭矩控制值TR1(或TR2)以及电机转数MRN1(或MRN2)，以前述方式根据输出电压Vm计算所述占空比上限值DR_Ulim，并在低于所述计算的占空比上限值DR Ulim的范围内确定用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR，从而产生用于向升压变换器12的NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的信号PWMC。然后，控制装置30向升压变换器12输出所生成的信号PWMC。
响应于信号PWMC，升压变换器12对来自电池B的DC电压Vb进行升压，以使得没有过电压被施加于电池B，并向电容器C2提供所述升压后的DC电压。电容器C2对来自升压变换器12的所述DC电压进行平滑，并经由节点N1和N2向逆变器14和31提供所述经过平滑的DC电压。然后，逆变器14通过来自控制装置30的信号PWMI1将由电容器C2平滑的所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG1。逆变器31通过来自控制装置30的信号PWMI2将由电容器C2平滑的所述DC电压变换为AC电压，以驱动电动发电机MG2。因而，电动发电机MG1产生由扭矩控制值TR1所指定的扭矩，而电动发电机MG2产生由扭矩控制值TR2所指定的扭矩。
在电机驱动器100中，当升压变换器12的输出电压Vm低于所述目标电压(Vdc_com)时，电力从电池B转移到逆变器14和31侧。在此情况下，可以通过这样的方式确定占空比DR，即在电池B和升压变换器12之间流过的电流在电池B的输出变为最大的最佳电流的范围内，并且低于前述的占空比上限值DR_Ulim，并且，可利用所述确定的占空比DR向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制。
这样，即使当电动发电机MG1和MG2所需的电力不能完全由电池B的输出得到时，可以从电池B获得最大输出，以使得可将DC电压Vb变换为输出电压Vm，从而当最小化电容器C2中的电压降时，没有过电压被施加于电池B。
进一步，在以上描述中，无论是否存在输出电压Vm相对于所述目标电压(Vdc_com)的波动，在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR。本发明并不限于此，当输出电压Vm以预定值或更大值相对于所述目标电压发生波动时，也可在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定用于向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制的占空比DR。
由于当输出电压Vm相对于所述目标电压显著地波动，并且占空比DR必须显著变化以将所述波动的输出电压Vm设置为所述目标电压，从而向NPN晶体管Q1和Q2提供开关控制时，很有可能对电池B施加过电压，当输出电压Vm以预定值或更大值相对于所述目标电压发生波动时，在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内确定占空比DR是有效的。
可注意到，升压变换器12和变换器控制装置303构成“电压变换设备”。
进一步，变换器控制装置303构成“控制装置”，其在过电压被施加于电源(电池B)时，利用在低于所述占空比上限值DR_Ulim的范围内的占空比向第一和第二开关元件(NPN晶体管Q1和Q2)提供开关控制。
占空比变换单元54构成“占空比计算单元”，其在确定过电压已被施加于所述电源(电池B)时，根据阈值电压OVb和输出电压Vm计算所述占空比上限值DR_Ulim。
逆变器输入电压指令计算单元50、反馈电压指令计算单元52以及占空比变换单元54构成“开关控制单元”，其利用在低于所述计算的占空比上限值DR_Ulim的范围内的占空比向第一和第二开关元件(NPN晶体管Q1和Q2)提供开关控制。
尽管已经详细描述和说明了本发明，然而，可清楚地知道，这仅用于说明和示例，而不作为对本发明的限制，本发明的精神和范围仅由所附权利要求的项所限制。
工业适用性本发明应用于变换电压以使得没有过电压被施加于电源的电压变换设备。
权利要求
1.一种电压变换设备，包括电压变换器(12)，其通过在作为上臂的第一开关元件(Q1)和作为下臂的第二开关元件(Q2)之间的开关操作，将来自电源的电源电压变换为输出电压，从而使得所述输出电压达到目标电压；控制装置(303)，其利用在低于当过电压被施加于所述电源时的占空比的上限值的范围内的占空比，来提供对所述第一和所述第二开关元件的开关控制。
2.根据权利要求1所述的电压变换设备，其中，所述控制装置(303)包括占空比计算单元(54)，其依据所述输出电压和阈值电压来计算所述占空比的上限值，其中所述阈值电压是用于确定所述过电压已被施加于所述电源的参考值，以及开关控制单元(59)，其利用在低于所述计算得到的占空比的上限值的范围内的占空比，来提供对所述第一和所述第二开关元件(Q1，Q2)的开关控制。
3.根据权利要求2所述的电压变换设备，其中，所述输出电压被提供给用于驱动电机(MG1)的逆变器(14)。
4.根据权利要求2所述的电压变换设备，其中，所述输出电压被提供给多个逆变器(14，31)，所述多个逆变器被对应于多个电机(MG1，MG2)设置，并且相互并联连接。
5.根据权利要求4所述的电压变换设备，其中，从直流电池(B)得到所述电源电压。
全文摘要
一种控制装置(30)，其根据来自电压传感器(13)的电压(Vm)以及在确定过电压已被施加于电池(B)时的阈值电压(OVb)，计算占空比的上限值(DR Ulim)，并在低于所述计算的占空比上限值(DR Ulim)的范围内确定用于向NPN晶体管(Q1，Q2)提供开关控制的占空比(DR)。所述控制装置(30)利用所述确定的占空比(DR)向所述NPN晶体管(Q1，Q2)提供开关控制。然后，升压变换器(12)将来自所述电池(B)的直流电压(Vb)变换为输出电压(Vm)，从而使得过电压不会被施加于所述电池(B)。
文档编号H02M1/00GK1906836SQ20058000167
公开日2007年1月31日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月19日
发明者矢口英明 申请人:丰田自动车株式会社