電力変換装置
【課題】リセット信号の生成に関連する手段が故障したり誤動作したりしてもスイッチング素子の過熱による故障を抑えられ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えられる電力変換装置を提供する。
【解決手段】リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ１７０内のブロック等が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３が駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、ＩＧＢＴ１０をオフできる。従って、過電流に伴って発生するＩＧＢＴ１０の過熱による故障を抑えられる。また、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３は駆動信号のパルス幅を入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、マイクロコンピュータ１７０内のブロック等やコンパレータ１７１の応答遅れの影響を受けることなく駆動信号を即座に調整できる。従って、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えられる。
【解決手段】リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ１７０内のブロック等が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３が駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、ＩＧＢＴ１０をオフできる。従って、過電流に伴って発生するＩＧＢＴ１０の過熱による故障を抑えられる。また、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３は駆動信号のパルス幅を入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、マイクロコンピュータ１７０内のブロック等やコンパレータ１７１の応答遅れの影響を受けることなく駆動信号を即座に調整できる。従って、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧に基づいて電流指令を決定するとともに、電流指令と入力電流に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力電圧に基づいて電流指令を決定するとともに、電流指令と入力電流に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されているスイッチングレギュレータがある。
【０００３】
このスイッチングレギュレータは、発振器と、エラーアンプと、コンパレータと、ＲＳフリップフロップと、スイッチとを備えている。発振器は、所定周期毎にセット信号を出力する。エラーアンプは、出力電圧指令に相当する基準電圧と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する。具体的には、基準電圧と出力電圧の偏差を電流指令として出力する。コンパレータは、エラーアンプの出力する電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力する。具体的には、入力電流が電流指令によって指示された電流に達するとリセット信号を出力する。ＲＳフリップフロップは、セット信号に同期してオンし、スイッチをオンするとともに、その後入力されるリセット信号に同期してオフし、スイッチをオフする駆動信号を生成し出力する。スイッチは、駆動信号に基づいてスイッチングする。これにより、入力電圧が出力電圧指令によって指示された電圧に変換され出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０３３９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したスイッチングレギュレータにおいて、エラーアンプやコンパレータが故障したり誤動作したりすると、リセット信号が正しく出力されなくなる。出力されるべきタイミングでリセット信号が出力されなかった場合、オフすべきタイミングでスイッチをオフできず、オン状態が継続してしまう。この場合、過電流によってスイッチが過熱し故障してしまうという問題があった。
【０００６】
また、前述したスイッチングレギュレータにおいて、入力電圧が上昇すると、それに伴って出力電圧も上昇する。出力電圧が上昇すると、エラーアンプ、コンパレータ及びＲＳフリップフロップによって、出力電圧の上昇を抑えるように駆動信号が調整される。そのため、入力電圧が上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。しかし、エラーアンプ、コンパレータ及びＲＳフリップフロップには、それぞれ応答遅れがある。駆動信号を生成するまでに、これらの応答遅れが積算される。しかも、駆動信号を生成するに際して入力電圧を考慮していない。そのため、入力電圧が急激に上昇した場合、駆動信号を即座に調整することができない。この場合、出力電圧が上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、リセット信号の生成に関連する手段が故障したり誤動作したりしてもスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を設けることで、リセット信号の生成に関連する手段が故障したり誤動作したりしてもスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、所定周期毎にセット信号を生成し出力するセット信号生成手段と、出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する電流指令生成手段と、電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力するリセット信号生成手段と、セット信号に同期してオンし、スイッチング素子をオンするとともに、その後に入力されるリセット信号に同期してオフし、スイッチング素子をオフする駆動信号を生成し出力する駆動信号生成手段と、を備えた電力変換装置において、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、リセット信号の生成に関連する電流指令生成手段やリセット信号生成手段が故障したり誤動作したりしても、パルス幅制限手段が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、スイッチング素子をオフすることができる。従って、過電流に伴って発生するスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができる。また、パルス幅制限手段は、電流指令生成手段及びリセット信号生成手段を介して生成された駆動信号のパルス幅を、入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、電流指令生成手段やリセット信号生成手段の応答遅れの影響を受けることなく、駆動信号を即座に調整することができる。従って、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００１１】
請求項２に記載の電力変換装置は、パルス幅制限手段は、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力する信号選択手段と、を有することを特徴とする。この構成によれば、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００１２】
請求項３に記載の電力変換装置は、信号選択手段は、パルス幅が所定値以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力することを特徴とする。ところで、スイッチング素子がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号生成手段は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、この構成によれば、信号選択手段は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅が所定値以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００１３】
請求項４に記載の電力変換装置は、パルス幅制限手段は、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する信号合成手段と、を有することを特徴とする。この構成によれば、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００１４】
請求項５に記載の電力変換装置は、信号合成手段は、セット信号を基準として所定時間内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力することを特徴とする。ところで、スイッチング素子がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフした場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、この構成によれば、信号合成手段は、スイッチングノイズによる、セット信号を基準として所定時間内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、新たなリセット信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、スイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００１５】
請求項６に記載の電力変換装置は、車両に搭載されることを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載された電力変換装置において、リセット信号の生成に関連する電流指令生成手段やリセット信号生成手段が故障したり誤動作したりしても、スイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。
【図２】図１における制御回路の回路図である。
【図３】第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の制御回路の回路図である。
【図９】第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、高電圧バッテリの電圧を降圧し低電圧バッテリを充電するＤＣ−ＤＣコンバータ装置に適用した例を示す。
（第１実施形態）
次に、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置について説明する。まず、図１及び図２を参照して第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。図２は、図１における制御回路の回路図である。
【００１８】
図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置１（電力変換装置）は、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流高電圧を降圧して低電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１は、ＩＧＢＴ１０（スイッチング素子）と、コイル１１と、コンデンサ１２と、ダイオード１３と、入力電圧検出回路１４と、入力電流検出回路１５と、出力電圧検出回路１６と、制御回路１７とを備えている。
【００１９】
ＩＧＢＴ１０は、オン、オフすることでコイル１１にエネルギーを蓄積、放出させるための素子である。ＩＧＢＴ１０のコレクタは、高電圧バッテリＢ１０の正極端子に接続されている。また、エミッタは、コイル１１に接続されている。さらに、ゲートは、制御回路１７に接続されている。
【００２０】
コイル１１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。コイル１１の一端は、ＩＧＢＴ１０のエミッタに接続されている。また、他端は、コンデンサ１２に接続されている。
【００２１】
コンデンサ１２は、コイル１１の他端の電圧を平滑化する素子である。コンデンサ１２の正極端子は、コイル１１の他端に接続されている。負極端子は、高電圧バッテリＢ１０の負極端子に接続されている。また、正極端子及び負極端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
【００２２】
ダイオード１３は、ＩＧＢＴ１０がオフし、コイル１１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。ダイオード１３のアノードは、コンデンサ１２の負極端子に接続されている。また、カソードは、ＩＧＢＴ１０とコイル１１の接続点、具体的には、ＩＧＢＴ１０のエミッタとコイル１１の一端に接続されている。
【００２３】
入力電圧検出回路１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧を検出する回路である。入力電圧検出回路１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。入力電圧検出回路１４の一方の入力端子は、ＩＧＢＴ１０のコレクタに接続されている。また、他方の入力端子は、コンデンサ１２の負極端子とダイオード１３のアノードに接続されている。さらに、出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２４】
入力電流検出回路１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流を検出する回路である。入力電流検出回路１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流は、ＩＧＢＴ１０がオンしたときにＩＧＢＴ１０やコイル１１に流れる電流である。入力電流検出回路１５は、クランプ式の電流センサからなり、コンデンサ１２の負極端子とダイオード１３のアノードを高電圧バッテリＢ１０に接続する配線に設けられている。入力電流検出回路１５の出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２５】
出力電圧検出回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧を検出する回路である。出力電圧検出回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。出力電圧検出回路１６の一方の入力端子は、コンデンサ１２の正極端子に接続されている。また、他方の入力端子は、コンデンサ１２の負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２６】
制御回路１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧、入力電流及び出力電圧に基づいて、降圧動作をするようにＩＧＢＴ１０の駆動を制御する回路である。図２に示すように、制御回路１７は、マイクロコンピュータ１７０と、コンパレータ１７１（リセット信号生成手段）と、ＲＳフリップフロップ１７２（駆動信号生成手段）と、信号選択回路１７３（パルス幅制限手段、信号選択手段）とを備えている。
【００２７】
マイクロコンピュータ１７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧、入力電流及び出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１０を駆動するための信号の生成に必要とされる各種信号等を生成し出力する素子である。マイクロコンピュータ１７０は、発振器１７０ａと、出力電圧指令部１７０ｂと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃと、偏差部１７０ｄ（電流指令生成手段）と、ＰＩＤ補償部１７０ｅ（電流指令生成手段）と、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆ（電流指令生成手段）と、スロープ補償部１７０ｇと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈと、加算部１７０ｉと、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋと、制限信号生成部１７０ｌ（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）とを備えている。ここで、発振器１７０ａ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｈ、１７０ｋ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｆ、１７０ｊは、回路として構成されている。これに対し、出力電圧指令部１７０ｂ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ、スロープ補償部１７０ｇ、加算部１７０ｉ及び制限信号生成部１７０ｌは、プログラムによって構成されている。
【００２８】
発振器１７０ａは、周期Ｔ０毎（所定周期毎）にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。発振器１７０ａの出力端子は、ＲＳフリップフロップに接続されている。
【００２９】
出力電圧指令部１７０ｂは、出力電圧指令をデジタル値として出力するブロックである。具体的には、低電圧バッテリＢ１１を充電するために最適な電圧を出力電圧指令として出力する。出力電圧指令部１７０ｂは、偏差部１７０ｄに接続されている。
【００３０】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃは、出力電圧検出回路１６の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃの入力端子は、出力電圧検出回路１６の出力端子に接続されている。また、出力端子は、偏差部１７０ｄと制限信号生成部１７０ｌにそれぞれ接続されている。
【００３１】
偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力の偏差をデジタル値として出力するブロックである。偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂとＡ／Ｄコンバータ１７０ｃにそれぞれ接続されている。また、ＰＩＤ補償部１７０ｅに接続されている。
【００３２】
ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｅの出力を比例、積分、微分演算し、デジタル値として出力するブロックである。ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｄに接続されている。また、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆに接続されている。
【００３３】
Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅの出力をアナログ値である電圧に変換し、電流指令として出力する回路である。Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅに接続されている。また、コンパレータ１７１に接続されている。
【００３４】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈは、入力電流検出回路１５の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈの入力端子は、入力電流検出回路１５の出力端子に接続されている。また、出力端子は、加算部１７０ｉに接続されている。
【００３５】
スロープ補償部１７０ｇは、サブハーモニック発振を防止するためのスロープ補償値をデジタル値として出力するブロックである。スロープ補償部１７０ｇは、加算部１７０ｉに接続されている。
【００３６】
加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｈの出力を加算し、デジタル値として出力するブロックである。加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇとＡ／Ｄコンバータ１７０ｈにそれぞれ接続されている。また、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊに接続されている。
【００３７】
Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊは、加算部１７０ｉの出力をアナログ値である電圧に変換し、入力電流として出力する回路である。Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの入力端子は、加算部１７０ｉに接続されている。また、出力端子は、コンパレータ１７１に接続されている。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋは、入力電圧検出回路１４の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋの入力端子は、入力電圧検出回路１４の出力端子に接続されている。また、出力端子は、制限信号生成部１７０ｌに接続されている。
【００３９】
制限信号生成部１７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋの出力に基づいて、ＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定し、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力するブロックである。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋの出力と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入出力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。制限信号生成部１７０ｌは、発振器１７０ａとＡ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋにそれぞれ接続されている。また、信号選択回路１７３に接続されている。
【００４０】
コンパレータ１７１は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力とＤ／Ａコンバータ１７０ｊの出力に基づいてリセット信号を出力する素子である。具体的には、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力がＤ／Ａコンバータ１７０ｆの出力を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。コンパレータ１７１の反転入力端子は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力端子に接続されている。また、非反転入力端子は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、ＲＳフリップフロップ１７２に接続されている。
【００４１】
ＲＳフリップフロップ１７２は、セット信号に同期してオンし、ＩＧＢＴ１０をオンするととともに、その後にコンパレータ１７１から入力されるリセット信号に同期してオフし、ＩＧＢＴ１０をオフする駆動信号を生成し出力する素子である。具体的には、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、リセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号を生成し出力する。ＲＳフリップフロップ１７２のセット信号入力端子は、発振器１７０ａの出力端子に接続されている。また、リセット信号入力端子は、コンパレータ１７１の出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、信号選択回路１７３に接続されている。
【００４２】
信号選択回路１７３は、パルス幅がＷ０以下（所定値以下）の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する回路である。ここで、Ｗ０は、ＩＧＢＴ１０がオンしてから、ＩＧＢＴ１０のオンに伴って発生するスイッチングノイズの影響が収まるまでの時間である。信号選択回路１７３の一方の入力端子は、ＲＳフリップフロップ１７２の出力端子に接続されている。また、他方の入力端子は、制限信号生成部１７０ｌに接続されている。さらに、出力端子は、ＩＧＢＴ１０のゲートに接続されている。
【００４３】
次に、図１〜図７を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作について説明する。ここで、図３は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４は、コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５は、故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６は、故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７は、入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４４】
図２に示す発振器１７０ａは、図３に示すように、周期Ｔ０毎にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。
【００４５】
図２に示す出力電圧指令部１７０ｂは、出力電圧指令をデジタル値として出力する。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃは、出力電圧検出回路１５の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力の偏差をデジタル値として出力する。そして、ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｄの出力を比例、積分、微分演算し、デジタル値として出力する。その後、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅの出力をアナログ値である電圧に変換し、電流指令として出力する。つまり、出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し、電流指令に相当する電圧として出力する。
【００４６】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈは、入力電流検出回路１５の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧をデジタル値に変換する。スロープ補償部１７０ｇは、サブハーモニック発振を防止するためのスロープ補償値をデジタル値として出力する。そして、加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｈの出力を加算し、デジタル値として出力する。その後、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊは、加算部１７０ｉの出力をアナログ値である電圧に変換し、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧として出力する。つまり、スロープ補償した入力電流を、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧として出力する。
【００４７】
コンパレータ１７１は、図３に示すように、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力する電流指令に相当する電圧が、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力する入力電流に相当する電圧を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。
【００４８】
図２に示すＲＳフリップフロップ１７２は、図３に示すように、セット信号の立ち上りに同期してオンし、ＩＧＢＴ１０をオンするととともに、その後にコンパレータ１７１から入力されるリセット信号の立ち上りに同期してオフし、ＩＧＢＴ１０をオフする駆動信号を生成し出力する。
【００４９】
図２に示すＡ／Ｄコンバータ１７０ｋは、入力電圧検出回路１４の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。制限信号生成部１７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧に相当する電圧と、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧に相当する電圧と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、図３に示すように、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。
【００５０】
図２に示す信号選択回路１７３は、図３に示すように、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。リセット信号の生成に関連するブロックや回路が正常に動作している場合、駆動信号のパルス幅が、制限信号のパルス幅より大きくなることはない。そのため、駆動信号がＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力される。
【００５１】
図１に示すＩＧＢＴ１０は、信号選択回路１７３の出力する新たな駆動信号に基づいてオン、オフする。ＩＧＢＴ１０がオンすると、高電圧バッテリＢ１０からコイル１１にエネルギーが蓄積される。その後、ＩＧＢＴ１０がオフすると、コイル１１に蓄積されたエネルギーが放出される。このとき、コイル１１は、ＩＧＢＴ１０に接続される一端に対して、コンデンサ１２に接続される他端が高電位となる。つまり、コイル１１の他端が、高電圧バッテリＢ１０の電圧より低くなる。ＩＧＢＴ１０がオフ状態であるため、コイル１１に蓄積されたエネルギーの放出に伴う電流は、ダイオード１３を介して低電圧バッテリＢ１１に流れ、低電圧バッテリＢ１１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、低電圧バッテリＢ１１の電圧が出力電圧指令によって指示される電圧に保持される。
【００５２】
ところで、図１に示すＩＧＢＴ１０がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。図４に示すように、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、図２に示すＲＳフリップフロップ１７２は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、図２に示す信号選択回路１７３は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅がＷ０以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。図４に示すように、スイッチングノイズによって駆動信号のパルス幅がＷ０より小さくなると、図２に示す信号選択回路１７３は、制限信号を新たな駆動信号として出力する。従って、ＩＧＢＴ１０のスイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００５３】
また、図５に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ３で出力されるべきリセット信号の出力タイミングが遅れ、時刻ｔ４で出力された場合、駆動信号のパルス幅が制限信号のパルス幅より大きくなる。従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、入力電流が大きくなってしまう。しかし、この場合、図２に示す信号選択回路１７３は、図５に示すように、駆動信号に比べパルス幅の小さい制限信号を新たな駆動信号して出力する。そのため、実線で示すように、入力電流を抑えることができる。
【００５４】
また、図６に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ５で出力されるべきリセット信号が出力されなかった場合、駆動信号は次のリセット信号が出力される時刻ｔ６までオン状態を継続する。従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、入力電流が非常に大きくなってしまう。しかし、この場合、図２に示す信号選択回路１７３は、図６に示すように、駆動信号に比べパルス幅の小さい制限信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、実線で示すように、入力電流を抑えることができる。
【００５５】
また、図７に示すように、時刻ｔ７〜ｔ８の期間において、入力電圧が急激に上昇すると、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の応答遅れにより、駆動信号のパルス幅がすぐに小さくはならないことがある。そのため、従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、出力電圧が上昇してしまう。しかし、図２に示す制限信号生成部１７０ｌは、入力電圧が上昇すると、マップに基づいてパルス幅の制限値を即座に小さくする。そして、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。つまり、図７に示すように、入力電圧の上昇に伴って制限信号のパルス幅を即座に小さくする。図２に示す信号選択回路１７３は、図７に示すように、応答遅れによりパルス幅が小さくなっていない駆動信号に比べ、パルス幅が小さくなった制限信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、実線で示すように、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００５６】
次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、ＩＧＢＴ１０をオフすることができる。従って、車両に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１において、過電流に伴って発生するＩＧＢＴ１０の過熱による故障を抑えることができる。また、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３は、電流指令を生成するマイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路、及び、リセット信号を出力するコンパレータ１７１を介して生成された駆動信号のパルス幅を、入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、マイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路、及び、コンパレータ１７１の応答遅れの影響を受けることなく、駆動信号を即座に調整することができる。従って、車両に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１において、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、第１実施形態によれば、制限信号生成部１７０ｌは、入力電圧と出力電圧に基づいてＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。信号選択回路１７３は、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。そのため、入力電圧と出力電圧に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００５８】
ところで、ＩＧＢＴ１０がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、ＲＳフリップフロップ１７２は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、第１実施形態によれば、信号選択回路１７３は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅がＷ０以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置について説明する。第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置が、パルス幅が制限値となる制限信号と駆動信号から新たな駆動信号を生成していたのに対して、パルス幅の制限値経過時に出力される制限信号とリセット信号から新たなリセット信号を生成し、新たなリセット信号に基づいて駆動信号を生成するようにしたものである。第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、制御回路を除いて第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置と同一構成である。
【００６０】
まず、図８を参照して制御回路の構成について説明する。ここで、図８は、第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の制御回路の回路図である。
【００６１】
図８に示すように、制御回路２７は、マイクロコンピュータ２７０と、コンパレータ２７１（リセット信号生成手段）と、信号合成回路２７２（パルス幅制限手段、信号合成手段）と、ＲＳフリップフロップ２７３（駆動信号生成手段）とを備えている。
【００６２】
マイクロコンピュータ２７０は、発振器２７０ａと、出力電圧指令部２７０ｂと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃと、偏差部２７０ｄ（電流指令生成手段）と、ＰＩＤ補償部２７０ｅ（電流指令生成手段）と、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆ（電流指令生成手段）と、スロープ補償部２７０ｇと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈと、加算部２７０ｉと、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｋと、制限信号生成部２７０ｌ（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）とを備えている。ここで、発振器２７０ａ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｈ、２７０ｋ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｆ、２７０ｊは、回路として構成されている。これに対し、出力電圧指令部２７０ｂ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ、スロープ補償部２７０ｇ、加算部２７０ｉ及び制限信号生成部２７０ｌは、プログラムによって構成されている。発振器２７０ａ、出力電圧指令部２７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆ、スロープ補償部２７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈ、加算部２７０ｉ、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊ及びＡ／Ｄコンバータ２７０ｋは、第１実施形態の発振器１７０ａ、出力電圧指令部１７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆ、スロープ補償部１７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈ、加算部１７０ｉ、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊ及びＡ／Ｄコンバータ１７０ｋと同一構成である。
【００６３】
制限信号生成部２７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋの出力に基づいて、ＩＧＢＴをオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定し、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力するブロックである。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋの出力と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入出力電圧とＩＧＢＴをオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号を基準として制限値経過時にパルス状の制限信号を生成し出力する。制限信号生成部２７０ｌは、発振器２７０ａとＡ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋにそれぞれ接続されている。また、信号選択回路２７３に接続されている。
【００６４】
コンパレータ２７１は、第１実施形態のコンパレータ１７１と同一構成である。
【００６５】
信号合成回路２７２は、セット信号を基準として時間Ｔ１内（所定時間内）に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する回路である。ここで、時間Ｔ１は、ＩＧＢＴがオンしてから、ＩＧＢＴのオンに伴って発生するスイッチングノイズの影響が収まるまでの時間である。信号合成回路２７２の一方の入力端子は、コンパレータ２７１の出力端子に接続されている。また、他方の入力端子は、制限信号生成部２７０ｌに接続されている。さらに、出力端子は、ＲＳフリップフロップ２７３に接続されている。
【００６６】
ＲＳフリップフロップ２７３は、セット信号に同期してオンし、ＩＧＢＴをオンするととともに、その後に信号合成回路２７２から入力される新たなリセット信号に同期してオフし、ＩＧＢＴをオフする駆動信号を生成し出力する素子である。具体的には、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、新たなリセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号を生成し出力する。ＲＳフリップフロップ２７３のセット信号入力端子は、発振器２７０ａの出力端子に接続されている。また、リセット信号入力端子は、信号合成回路２７２の出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、ＩＧＢＴのゲートに接続されている。
【００６７】
次に、図８〜図１３を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作について説明する。
ここで、図９は、第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０は、コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１１は、故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１２は、故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１３は、入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００６８】
図８に示す発振器２７０ａは、第１実施形態の発振器１７０ａと同様に動作する。そして、図９に示すように、周期Ｔ０毎にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。
【００６９】
図８に示す出力電圧指令部２７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｆは、第１実施形態の出力電圧指令部１７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｆと同様に動作する。そして、電流指令に相当する電圧として出力する。
【００７０】
スロープ補償部２７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈ、加算部２７０ｉ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｊは、第１実施形態のスロープ補償部１７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈ、加算部１７０ｉ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｊと同様に動作する。そして、スロープ補償した入力電流をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電流に相当する電圧として出力する。
【００７１】
コンパレータ２７１は、第１実施形態のコンパレータ１７１と同様に動作する。そして、図９に示すように、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊの出力する電流指令に相当する電圧が、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆの出力する入力電流に相当する電圧を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。
【００７２】
図８に示すＡ／Ｄコンバータ２７０ｋは、第１実施形態のＡ／Ｄコンバータ１７０ｋと同様に動作する。そして、入力電圧検出回路の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。制限信号生成部２７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧に相当する電圧と、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｋの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧に相当する電圧と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、図９に示すように、セット信号を基準として制限値経過時にパルス状の制限信号を生成し出力する。
【００７３】
図８に示す信号合成回路２７２は、図９に示すように、駆動信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。
【００７４】
図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図９に示すように、セット信号の立ち上りに同期してオンし、ＩＧＢＴをオンするととともに、その後に信号合成回路２７２から入力される新たなリセット信号の立ち上りに同期してオフし、ＩＧＢＴをオフする駆動信号を生成し出力する。リセット信号の生成に関連するブロックや回路が正常に動作している場合、リセット信号の出力タイミングが、制限信号の出力タイミングより遅くなることはない。そのため、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、リセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号が出力される。
【００７５】
ＩＧＢＴは、ＲＳフリップフロップ２７３の出力する駆動信号に基づいてオン、オフする。そして、第１実施形態の場合の同様に、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流高電圧が降圧され、低電圧バッテリＢ１１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、低電圧バッテリの電圧が出力電圧指令によって指示される電圧に保持される。
【００７６】
ところで、ＩＧＢＴがオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフしていた場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、図８に示す信号合成回路２７２は、図１０に示すように、スイッチングノイズである、セット信号を基準として時間Ｔ１内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。そのため、ＩＧＢＴのスイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、ＩＧＢＴのスイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００７７】
また、図１１に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ１１で出力されるべきリセット信号の出力タイミングが遅れ、時刻ｔ１２で出力された場合、リセット信号の出力タイミングが制限信号の出力タイミングより遅くなる。従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が大きくなり、入力電流が大きくなってしまう。しかし、この場合、図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１１に示すように、リセット信号に比べ出力タイミングの早い制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、入力電流を抑えることができる。
【００７８】
また、図１２に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ１３で出力されるべきリセット信号が出力されなかった場合、次の周期における時刻ｔ１４までリセット信号が出力されることはない。従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が非常に大きくなり、入力電流が非常に大きくなってしまう。しかし、この場合、図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１２に示すように、時刻ｔ１３でリセット信号が出力されないので、制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、入力電流を抑えることができる。
【００７９】
また、図１３に示すように、時刻ｔ１５〜ｔ１６の期間において、入力電圧が急激に上昇すると、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の応答遅れにより、リセット信号の出力タイミングがすぐに早くはならないことがある。そのため、従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が小さくならず、出力電圧が上昇してしまう。しかし、図８に示す制限信号生成部２７０ｌは、入力電圧が上昇すると、マップに基づいてパルス幅の制限値を即座に小さくする。そして、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する。つまり、図１３に示すように、入力電圧の上昇に伴って制限信号の出力タイミングを即座に早くする。図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１３に示すように、応答遅れにより出力タイミングが早くなっていないリセット信号に比べ、出力タイミングが早い制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００８０】
次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ２７０内のブロックや回路が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部２７０ｌと信号合成回路２７２が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、第１実施形態と同様に、過電流に伴って発生するＩＧＢＴの過熱による故障を抑えることができる。また、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００８１】
また、第２実施形態によれば、制限信号生成部２７０ｌは、入力電圧と出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴをオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する。信号合成回路２７２は、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。そのため、入力電圧と出力電圧に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００８２】
ところで、ＩＧＢＴがオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフしていた場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、第２実施形態によれば、信号合成回路２７２は、スイッチングノイズである、セット信号を基準として時間Ｔ１内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、新たなリセット信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、スイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００８３】
なお、第１及び第２実施形態では、制限信号生成部が、入力電圧と出力電圧に基づいてパルス幅の制限値を決定する例を挙げているが、これに限られるものではない。出力電圧指令によって指示された電圧になるように出力電圧が制御されていることから、制限信号生成部が、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定するようにしてもよい。
【００８４】
また、第１及び第２実施形態では、制限信号生成部が、予め設定されているマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する例を挙げているが、これに限られるものではない。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入出力電圧から演算によって求めるようにしてもよい。
【００８５】
また、第１及び第２実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置が、高電圧バッテリの出力する直流高電圧を降圧して低電圧バッテリを充電する装置である例を挙げているが、これに限られるものではない。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、直流低電圧を昇圧する装置であってもよい。また、直流低電圧と直流高電圧を双方向に昇降圧する装置であってもよい。さらに、スイッチング素子をスイッチングさせることによって電圧を変換するものであれば、非絶縁型、絶縁型等の構成を問わず適用することができる。
また、第１及び第２実施形態では、フライホイール電流を流すための素子が、ダイオードで構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ダイオードをスイッチング素子に置き換えてもよい。この場合、置き換えたスイッチング素子を、ＩＧＢＴと相補的にオン、オフさせることで、同様の動作を実現することができる。つまり、複数のスイッチング素子を備えている場合にも適用できる。
さらに、第１及び第２実施形態では、入力電流検出回路が、コンデンサの負極端子とダイオードのアノードを高電圧バッテリに接続する配線に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。入力電流検出回路は、ＩＧＢＴの一端又は他端に接続される配線に設けられ、コイルに流れる電流を入力電流として検出するようにしてもよい。
加えて、第１及び第２実施形態では、入力電流値とスロープ補償を、マイクロコンピュータ内においてデジタル値として加算する例を挙げているが、これに限られるものではない。入力電流値とスロープ補償値を、マイクロコンピュータ外でアナログ値して加算し、
その後、マイクロコンピュータ内でデジタル値に変換するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（電力変換装置）、１０・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１・・・コイル、１２・・・コンデンサ、１３・・・ダイオード、１４・・・入力電圧検出回路、１５・・・入力電流検出回路、１６・・・出力電圧検出回路、１７、２７・・・制御回路、１７０ａ、２７０ａ・・・発振器（セット信号生成手段）、１７０ｂ、２７０ｂ・・・出力電圧指令部、１７０ｃ、２７０ｃ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｄ、２７０ｄ・・・偏差部（電流指令生成手段）、１７０ｅ、２７０ｅ・・・ＰＩＤ補償部（電流指令生成手段）、１７０ｆ、２７０ｆ・・・Ｄ／Ａコンバータ（電流指令生成手段）、１７０ｇ、２７０ｇ・・・スロープ補償部、１７０ｈ、２７０ｈ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｉ、２７０ｉ・・・加算部、１７０ｊ、２７０ｊ・・・Ｄ／Ａコンバータ、１７０ｋ、２７０ｋ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｌ、２７０ｌ・・・制限信号生成部（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）、１７１、２７１・・・コンパレータ（リセット信号生成手段）、１７２、２７３・・・ＲＳフリップフロップ（駆動信号生成手段）、１７３・・・信号選択回路（パルス幅制限手段、信号選択手段）、２７２・・・信号合成回路（パルス幅制限手段、信号合成手段）、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧に基づいて電流指令を決定するとともに、電流指令と入力電流に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力電圧に基づいて電流指令を決定するとともに、電流指令と入力電流に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されているスイッチングレギュレータがある。
【０００３】
このスイッチングレギュレータは、発振器と、エラーアンプと、コンパレータと、ＲＳフリップフロップと、スイッチとを備えている。発振器は、所定周期毎にセット信号を出力する。エラーアンプは、出力電圧指令に相当する基準電圧と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する。具体的には、基準電圧と出力電圧の偏差を電流指令として出力する。コンパレータは、エラーアンプの出力する電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力する。具体的には、入力電流が電流指令によって指示された電流に達するとリセット信号を出力する。ＲＳフリップフロップは、セット信号に同期してオンし、スイッチをオンするとともに、その後入力されるリセット信号に同期してオフし、スイッチをオフする駆動信号を生成し出力する。スイッチは、駆動信号に基づいてスイッチングする。これにより、入力電圧が出力電圧指令によって指示された電圧に変換され出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０３３９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したスイッチングレギュレータにおいて、エラーアンプやコンパレータが故障したり誤動作したりすると、リセット信号が正しく出力されなくなる。出力されるべきタイミングでリセット信号が出力されなかった場合、オフすべきタイミングでスイッチをオフできず、オン状態が継続してしまう。この場合、過電流によってスイッチが過熱し故障してしまうという問題があった。
【０００６】
また、前述したスイッチングレギュレータにおいて、入力電圧が上昇すると、それに伴って出力電圧も上昇する。出力電圧が上昇すると、エラーアンプ、コンパレータ及びＲＳフリップフロップによって、出力電圧の上昇を抑えるように駆動信号が調整される。そのため、入力電圧が上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。しかし、エラーアンプ、コンパレータ及びＲＳフリップフロップには、それぞれ応答遅れがある。駆動信号を生成するまでに、これらの応答遅れが積算される。しかも、駆動信号を生成するに際して入力電圧を考慮していない。そのため、入力電圧が急激に上昇した場合、駆動信号を即座に調整することができない。この場合、出力電圧が上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、リセット信号の生成に関連する手段が故障したり誤動作したりしてもスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を設けることで、リセット信号の生成に関連する手段が故障したり誤動作したりしてもスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、所定周期毎にセット信号を生成し出力するセット信号生成手段と、出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する電流指令生成手段と、電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力するリセット信号生成手段と、セット信号に同期してオンし、スイッチング素子をオンするとともに、その後に入力されるリセット信号に同期してオフし、スイッチング素子をオフする駆動信号を生成し出力する駆動信号生成手段と、を備えた電力変換装置において、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、リセット信号の生成に関連する電流指令生成手段やリセット信号生成手段が故障したり誤動作したりしても、パルス幅制限手段が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、スイッチング素子をオフすることができる。従って、過電流に伴って発生するスイッチング素子の過熱による故障を抑えることができる。また、パルス幅制限手段は、電流指令生成手段及びリセット信号生成手段を介して生成された駆動信号のパルス幅を、入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、電流指令生成手段やリセット信号生成手段の応答遅れの影響を受けることなく、駆動信号を即座に調整することができる。従って、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００１１】
請求項２に記載の電力変換装置は、パルス幅制限手段は、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力する信号選択手段と、を有することを特徴とする。この構成によれば、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００１２】
請求項３に記載の電力変換装置は、信号選択手段は、パルス幅が所定値以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力することを特徴とする。ところで、スイッチング素子がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号生成手段は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、この構成によれば、信号選択手段は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅が所定値以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００１３】
請求項４に記載の電力変換装置は、パルス幅制限手段は、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する信号合成手段と、を有することを特徴とする。この構成によれば、入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００１４】
請求項５に記載の電力変換装置は、信号合成手段は、セット信号を基準として所定時間内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力することを特徴とする。ところで、スイッチング素子がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフした場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、この構成によれば、信号合成手段は、スイッチングノイズによる、セット信号を基準として所定時間内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、新たなリセット信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、スイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００１５】
請求項６に記載の電力変換装置は、車両に搭載されることを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載された電力変換装置において、リセット信号の生成に関連する電流指令生成手段やリセット信号生成手段が故障したり誤動作したりしても、スイッチング素子の過熱による故障を抑えることができ、入力電圧が急激に上昇しても出力電圧の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。
【図２】図１における制御回路の回路図である。
【図３】第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の制御回路の回路図である。
【図９】第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、高電圧バッテリの電圧を降圧し低電圧バッテリを充電するＤＣ−ＤＣコンバータ装置に適用した例を示す。
（第１実施形態）
次に、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置について説明する。まず、図１及び図２を参照して第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図である。図２は、図１における制御回路の回路図である。
【００１８】
図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ装置１（電力変換装置）は、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流高電圧を降圧して低電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１は、ＩＧＢＴ１０（スイッチング素子）と、コイル１１と、コンデンサ１２と、ダイオード１３と、入力電圧検出回路１４と、入力電流検出回路１５と、出力電圧検出回路１６と、制御回路１７とを備えている。
【００１９】
ＩＧＢＴ１０は、オン、オフすることでコイル１１にエネルギーを蓄積、放出させるための素子である。ＩＧＢＴ１０のコレクタは、高電圧バッテリＢ１０の正極端子に接続されている。また、エミッタは、コイル１１に接続されている。さらに、ゲートは、制御回路１７に接続されている。
【００２０】
コイル１１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。コイル１１の一端は、ＩＧＢＴ１０のエミッタに接続されている。また、他端は、コンデンサ１２に接続されている。
【００２１】
コンデンサ１２は、コイル１１の他端の電圧を平滑化する素子である。コンデンサ１２の正極端子は、コイル１１の他端に接続されている。負極端子は、高電圧バッテリＢ１０の負極端子に接続されている。また、正極端子及び負極端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
【００２２】
ダイオード１３は、ＩＧＢＴ１０がオフし、コイル１１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。ダイオード１３のアノードは、コンデンサ１２の負極端子に接続されている。また、カソードは、ＩＧＢＴ１０とコイル１１の接続点、具体的には、ＩＧＢＴ１０のエミッタとコイル１１の一端に接続されている。
【００２３】
入力電圧検出回路１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧を検出する回路である。入力電圧検出回路１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。入力電圧検出回路１４の一方の入力端子は、ＩＧＢＴ１０のコレクタに接続されている。また、他方の入力端子は、コンデンサ１２の負極端子とダイオード１３のアノードに接続されている。さらに、出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２４】
入力電流検出回路１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流を検出する回路である。入力電流検出回路１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流は、ＩＧＢＴ１０がオンしたときにＩＧＢＴ１０やコイル１１に流れる電流である。入力電流検出回路１５は、クランプ式の電流センサからなり、コンデンサ１２の負極端子とダイオード１３のアノードを高電圧バッテリＢ１０に接続する配線に設けられている。入力電流検出回路１５の出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２５】
出力電圧検出回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧を検出する回路である。出力電圧検出回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧を制御回路１７の入力可能な電圧に変換して出力する。出力電圧検出回路１６の一方の入力端子は、コンデンサ１２の正極端子に接続されている。また、他方の入力端子は、コンデンサ１２の負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、出力端子は、制御回路１７に接続されている。
【００２６】
制御回路１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧、入力電流及び出力電圧に基づいて、降圧動作をするようにＩＧＢＴ１０の駆動を制御する回路である。図２に示すように、制御回路１７は、マイクロコンピュータ１７０と、コンパレータ１７１（リセット信号生成手段）と、ＲＳフリップフロップ１７２（駆動信号生成手段）と、信号選択回路１７３（パルス幅制限手段、信号選択手段）とを備えている。
【００２７】
マイクロコンピュータ１７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧、入力電流及び出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１０を駆動するための信号の生成に必要とされる各種信号等を生成し出力する素子である。マイクロコンピュータ１７０は、発振器１７０ａと、出力電圧指令部１７０ｂと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃと、偏差部１７０ｄ（電流指令生成手段）と、ＰＩＤ補償部１７０ｅ（電流指令生成手段）と、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆ（電流指令生成手段）と、スロープ補償部１７０ｇと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈと、加算部１７０ｉと、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊと、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋと、制限信号生成部１７０ｌ（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）とを備えている。ここで、発振器１７０ａ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｈ、１７０ｋ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｆ、１７０ｊは、回路として構成されている。これに対し、出力電圧指令部１７０ｂ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ、スロープ補償部１７０ｇ、加算部１７０ｉ及び制限信号生成部１７０ｌは、プログラムによって構成されている。
【００２８】
発振器１７０ａは、周期Ｔ０毎（所定周期毎）にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。発振器１７０ａの出力端子は、ＲＳフリップフロップに接続されている。
【００２９】
出力電圧指令部１７０ｂは、出力電圧指令をデジタル値として出力するブロックである。具体的には、低電圧バッテリＢ１１を充電するために最適な電圧を出力電圧指令として出力する。出力電圧指令部１７０ｂは、偏差部１７０ｄに接続されている。
【００３０】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃは、出力電圧検出回路１６の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃの入力端子は、出力電圧検出回路１６の出力端子に接続されている。また、出力端子は、偏差部１７０ｄと制限信号生成部１７０ｌにそれぞれ接続されている。
【００３１】
偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力の偏差をデジタル値として出力するブロックである。偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂとＡ／Ｄコンバータ１７０ｃにそれぞれ接続されている。また、ＰＩＤ補償部１７０ｅに接続されている。
【００３２】
ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｅの出力を比例、積分、微分演算し、デジタル値として出力するブロックである。ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｄに接続されている。また、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆに接続されている。
【００３３】
Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅの出力をアナログ値である電圧に変換し、電流指令として出力する回路である。Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅに接続されている。また、コンパレータ１７１に接続されている。
【００３４】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈは、入力電流検出回路１５の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈの入力端子は、入力電流検出回路１５の出力端子に接続されている。また、出力端子は、加算部１７０ｉに接続されている。
【００３５】
スロープ補償部１７０ｇは、サブハーモニック発振を防止するためのスロープ補償値をデジタル値として出力するブロックである。スロープ補償部１７０ｇは、加算部１７０ｉに接続されている。
【００３６】
加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｈの出力を加算し、デジタル値として出力するブロックである。加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇとＡ／Ｄコンバータ１７０ｈにそれぞれ接続されている。また、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊに接続されている。
【００３７】
Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊは、加算部１７０ｉの出力をアナログ値である電圧に変換し、入力電流として出力する回路である。Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの入力端子は、加算部１７０ｉに接続されている。また、出力端子は、コンパレータ１７１に接続されている。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋは、入力電圧検出回路１４の出力する電圧をデジタル値に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋの入力端子は、入力電圧検出回路１４の出力端子に接続されている。また、出力端子は、制限信号生成部１７０ｌに接続されている。
【００３９】
制限信号生成部１７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋの出力に基づいて、ＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定し、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力するブロックである。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋの出力と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入出力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。制限信号生成部１７０ｌは、発振器１７０ａとＡ／Ｄコンバータ１７０ｃ、１７０ｋにそれぞれ接続されている。また、信号選択回路１７３に接続されている。
【００４０】
コンパレータ１７１は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力とＤ／Ａコンバータ１７０ｊの出力に基づいてリセット信号を出力する素子である。具体的には、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力がＤ／Ａコンバータ１７０ｆの出力を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。コンパレータ１７１の反転入力端子は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力端子に接続されている。また、非反転入力端子は、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、ＲＳフリップフロップ１７２に接続されている。
【００４１】
ＲＳフリップフロップ１７２は、セット信号に同期してオンし、ＩＧＢＴ１０をオンするととともに、その後にコンパレータ１７１から入力されるリセット信号に同期してオフし、ＩＧＢＴ１０をオフする駆動信号を生成し出力する素子である。具体的には、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、リセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号を生成し出力する。ＲＳフリップフロップ１７２のセット信号入力端子は、発振器１７０ａの出力端子に接続されている。また、リセット信号入力端子は、コンパレータ１７１の出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、信号選択回路１７３に接続されている。
【００４２】
信号選択回路１７３は、パルス幅がＷ０以下（所定値以下）の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する回路である。ここで、Ｗ０は、ＩＧＢＴ１０がオンしてから、ＩＧＢＴ１０のオンに伴って発生するスイッチングノイズの影響が収まるまでの時間である。信号選択回路１７３の一方の入力端子は、ＲＳフリップフロップ１７２の出力端子に接続されている。また、他方の入力端子は、制限信号生成部１７０ｌに接続されている。さらに、出力端子は、ＩＧＢＴ１０のゲートに接続されている。
【００４３】
次に、図１〜図７を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作について説明する。ここで、図３は、第１実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４は、コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５は、故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６は、故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７は、入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４４】
図２に示す発振器１７０ａは、図３に示すように、周期Ｔ０毎にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。
【００４５】
図２に示す出力電圧指令部１７０ｂは、出力電圧指令をデジタル値として出力する。Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃは、出力電圧検出回路１５の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。偏差部１７０ｄは、出力電圧指令部１７０ｂの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力の偏差をデジタル値として出力する。そして、ＰＩＤ補償部１７０ｅは、偏差部１７０ｄの出力を比例、積分、微分演算し、デジタル値として出力する。その後、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆは、ＰＩＤ補償部１７０ｅの出力をアナログ値である電圧に変換し、電流指令として出力する。つまり、出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し、電流指令に相当する電圧として出力する。
【００４６】
Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈは、入力電流検出回路１５の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧をデジタル値に変換する。スロープ補償部１７０ｇは、サブハーモニック発振を防止するためのスロープ補償値をデジタル値として出力する。そして、加算部１７０ｉは、スロープ補償部１７０ｇの出力とＡ／Ｄコンバータ１７０ｈの出力を加算し、デジタル値として出力する。その後、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊは、加算部１７０ｉの出力をアナログ値である電圧に変換し、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧として出力する。つまり、スロープ補償した入力電流を、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電流に相当する電圧として出力する。
【００４７】
コンパレータ１７１は、図３に示すように、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊの出力する電流指令に相当する電圧が、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆの出力する入力電流に相当する電圧を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。
【００４８】
図２に示すＲＳフリップフロップ１７２は、図３に示すように、セット信号の立ち上りに同期してオンし、ＩＧＢＴ１０をオンするととともに、その後にコンパレータ１７１から入力されるリセット信号の立ち上りに同期してオフし、ＩＧＢＴ１０をオフする駆動信号を生成し出力する。
【００４９】
図２に示すＡ／Ｄコンバータ１７０ｋは、入力電圧検出回路１４の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。制限信号生成部１７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧に相当する電圧と、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｋの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧に相当する電圧と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の入力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置１の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、図３に示すように、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。
【００５０】
図２に示す信号選択回路１７３は、図３に示すように、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。リセット信号の生成に関連するブロックや回路が正常に動作している場合、駆動信号のパルス幅が、制限信号のパルス幅より大きくなることはない。そのため、駆動信号がＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力される。
【００５１】
図１に示すＩＧＢＴ１０は、信号選択回路１７３の出力する新たな駆動信号に基づいてオン、オフする。ＩＧＢＴ１０がオンすると、高電圧バッテリＢ１０からコイル１１にエネルギーが蓄積される。その後、ＩＧＢＴ１０がオフすると、コイル１１に蓄積されたエネルギーが放出される。このとき、コイル１１は、ＩＧＢＴ１０に接続される一端に対して、コンデンサ１２に接続される他端が高電位となる。つまり、コイル１１の他端が、高電圧バッテリＢ１０の電圧より低くなる。ＩＧＢＴ１０がオフ状態であるため、コイル１１に蓄積されたエネルギーの放出に伴う電流は、ダイオード１３を介して低電圧バッテリＢ１１に流れ、低電圧バッテリＢ１１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、低電圧バッテリＢ１１の電圧が出力電圧指令によって指示される電圧に保持される。
【００５２】
ところで、図１に示すＩＧＢＴ１０がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。図４に示すように、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、図２に示すＲＳフリップフロップ１７２は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、図２に示す信号選択回路１７３は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅がＷ０以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。図４に示すように、スイッチングノイズによって駆動信号のパルス幅がＷ０より小さくなると、図２に示す信号選択回路１７３は、制限信号を新たな駆動信号として出力する。従って、ＩＧＢＴ１０のスイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００５３】
また、図５に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ３で出力されるべきリセット信号の出力タイミングが遅れ、時刻ｔ４で出力された場合、駆動信号のパルス幅が制限信号のパルス幅より大きくなる。従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、入力電流が大きくなってしまう。しかし、この場合、図２に示す信号選択回路１７３は、図５に示すように、駆動信号に比べパルス幅の小さい制限信号を新たな駆動信号して出力する。そのため、実線で示すように、入力電流を抑えることができる。
【００５４】
また、図６に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ５で出力されるべきリセット信号が出力されなかった場合、駆動信号は次のリセット信号が出力される時刻ｔ６までオン状態を継続する。従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、入力電流が非常に大きくなってしまう。しかし、この場合、図２に示す信号選択回路１７３は、図６に示すように、駆動信号に比べパルス幅の小さい制限信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、実線で示すように、入力電流を抑えることができる。
【００５５】
また、図７に示すように、時刻ｔ７〜ｔ８の期間において、入力電圧が急激に上昇すると、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の応答遅れにより、駆動信号のパルス幅がすぐに小さくはならないことがある。そのため、従来のように、駆動信号に従ってＩＧＢＴ１０をオン、オフしていた場合、破線で示すように、出力電圧が上昇してしまう。しかし、図２に示す制限信号生成部１７０ｌは、入力電圧が上昇すると、マップに基づいてパルス幅の制限値を即座に小さくする。そして、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。つまり、図７に示すように、入力電圧の上昇に伴って制限信号のパルス幅を即座に小さくする。図２に示す信号選択回路１７３は、図７に示すように、応答遅れによりパルス幅が小さくなっていない駆動信号に比べ、パルス幅が小さくなった制限信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、実線で示すように、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００５６】
次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、ＩＧＢＴ１０をオフすることができる。従って、車両に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１において、過電流に伴って発生するＩＧＢＴ１０の過熱による故障を抑えることができる。また、制限信号生成部１７０ｌと信号選択回路１７３は、電流指令を生成するマイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路、及び、リセット信号を出力するコンパレータ１７１を介して生成された駆動信号のパルス幅を、入力電圧に基づいて制限する。そのため、入力電圧が上昇しても、マイクロコンピュータ１７０内のブロックや回路、及び、コンパレータ１７１の応答遅れの影響を受けることなく、駆動信号を即座に調整することができる。従って、車両に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１において、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、第１実施形態によれば、制限信号生成部１７０ｌは、入力電圧と出力電圧に基づいてＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号に同期してオンし、パルス幅が制限値となる制限信号を生成し出力する。信号選択回路１７３は、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、ＩＧＢＴ１０を駆動するための新たな駆動信号として出力する。そのため、入力電圧と出力電圧に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００５８】
ところで、ＩＧＢＴ１０がオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、ＲＳフリップフロップ１７２は、スイッチングノイズをリセット信号と見なし、スイッチングノイズに同期して駆動信号をオフする。そのため、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、第１実施形態によれば、信号選択回路１７３は、スイッチングノイズの影響を受けたパルス幅がＷ０以下の駆動信号を除いて、駆動信号と制限信号のうちパルス幅の小さい信号を新たな駆動信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たな駆動信号を出力することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置について説明する。第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置が、パルス幅が制限値となる制限信号と駆動信号から新たな駆動信号を生成していたのに対して、パルス幅の制限値経過時に出力される制限信号とリセット信号から新たなリセット信号を生成し、新たなリセット信号に基づいて駆動信号を生成するようにしたものである。第２実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、制御回路を除いて第１実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置と同一構成である。
【００６０】
まず、図８を参照して制御回路の構成について説明する。ここで、図８は、第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の制御回路の回路図である。
【００６１】
図８に示すように、制御回路２７は、マイクロコンピュータ２７０と、コンパレータ２７１（リセット信号生成手段）と、信号合成回路２７２（パルス幅制限手段、信号合成手段）と、ＲＳフリップフロップ２７３（駆動信号生成手段）とを備えている。
【００６２】
マイクロコンピュータ２７０は、発振器２７０ａと、出力電圧指令部２７０ｂと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃと、偏差部２７０ｄ（電流指令生成手段）と、ＰＩＤ補償部２７０ｅ（電流指令生成手段）と、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆ（電流指令生成手段）と、スロープ補償部２７０ｇと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈと、加算部２７０ｉと、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊと、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｋと、制限信号生成部２７０ｌ（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）とを備えている。ここで、発振器２７０ａ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｈ、２７０ｋ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｆ、２７０ｊは、回路として構成されている。これに対し、出力電圧指令部２７０ｂ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ、スロープ補償部２７０ｇ、加算部２７０ｉ及び制限信号生成部２７０ｌは、プログラムによって構成されている。発振器２７０ａ、出力電圧指令部２７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆ、スロープ補償部２７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈ、加算部２７０ｉ、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊ及びＡ／Ｄコンバータ２７０ｋは、第１実施形態の発振器１７０ａ、出力電圧指令部１７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｆ、スロープ補償部１７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈ、加算部１７０ｉ、Ｄ／Ａコンバータ１７０ｊ及びＡ／Ｄコンバータ１７０ｋと同一構成である。
【００６３】
制限信号生成部２７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋの出力に基づいて、ＩＧＢＴをオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定し、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力するブロックである。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋの出力と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入出力電圧とＩＧＢＴをオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号を基準として制限値経過時にパルス状の制限信号を生成し出力する。制限信号生成部２７０ｌは、発振器２７０ａとＡ／Ｄコンバータ２７０ｃ、２７０ｋにそれぞれ接続されている。また、信号選択回路２７３に接続されている。
【００６４】
コンパレータ２７１は、第１実施形態のコンパレータ１７１と同一構成である。
【００６５】
信号合成回路２７２は、セット信号を基準として時間Ｔ１内（所定時間内）に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する回路である。ここで、時間Ｔ１は、ＩＧＢＴがオンしてから、ＩＧＢＴのオンに伴って発生するスイッチングノイズの影響が収まるまでの時間である。信号合成回路２７２の一方の入力端子は、コンパレータ２７１の出力端子に接続されている。また、他方の入力端子は、制限信号生成部２７０ｌに接続されている。さらに、出力端子は、ＲＳフリップフロップ２７３に接続されている。
【００６６】
ＲＳフリップフロップ２７３は、セット信号に同期してオンし、ＩＧＢＴをオンするととともに、その後に信号合成回路２７２から入力される新たなリセット信号に同期してオフし、ＩＧＢＴをオフする駆動信号を生成し出力する素子である。具体的には、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、新たなリセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号を生成し出力する。ＲＳフリップフロップ２７３のセット信号入力端子は、発振器２７０ａの出力端子に接続されている。また、リセット信号入力端子は、信号合成回路２７２の出力端子に接続されている。さらに、出力端子は、ＩＧＢＴのゲートに接続されている。
【００６７】
次に、図８〜図１３を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作について説明する。
ここで、図９は、第２実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０は、コンパレータの出力にスイッチングノイズが重畳された場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１１は、故障や誤動作によりリセット信号の出力タイミングが遅れた場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１２は、故障や誤動作によりリセット信号が出力されなかった場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１３は、入力電圧が急激に上昇した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００６８】
図８に示す発振器２７０ａは、第１実施形態の発振器１７０ａと同様に動作する。そして、図９に示すように、周期Ｔ０毎にハイレベルになるパルス状のセット信号を出力する。
【００６９】
図８に示す出力電圧指令部２７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃ、偏差部２７０ｄ、ＰＩＤ補償部２７０ｅ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｆは、第１実施形態の出力電圧指令部１７０ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｃ、偏差部１７０ｄ、ＰＩＤ補償部１７０ｅ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｆと同様に動作する。そして、電流指令に相当する電圧として出力する。
【００７０】
スロープ補償部２７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｈ、加算部２７０ｉ及びＤ／Ａコンバータ２７０ｊは、第１実施形態のスロープ補償部１７０ｇ、Ａ／Ｄコンバータ１７０ｈ、加算部１７０ｉ及びＤ／Ａコンバータ１７０ｊと同様に動作する。そして、スロープ補償した入力電流をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電流に相当する電圧として出力する。
【００７１】
コンパレータ２７１は、第１実施形態のコンパレータ１７１と同様に動作する。そして、図９に示すように、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｊの出力する電流指令に相当する電圧が、Ｄ／Ａコンバータ２７０ｆの出力する入力電流に相当する電圧を達するとハイレベルになるパルス状のリセット信号を出力する。
【００７２】
図８に示すＡ／Ｄコンバータ２７０ｋは、第１実施形態のＡ／Ｄコンバータ１７０ｋと同様に動作する。そして、入力電圧検出回路の出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧に相当する電圧をデジタル値に変換する。制限信号生成部２７０ｌは、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｃの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧に相当する電圧と、Ａ／Ｄコンバータ２７０ｋの出力する、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧に相当する電圧と、予め設定されている、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力電圧とＩＧＢＴ１０をオンするパルス信号として許容可能な最大パルス幅の関係をＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電圧毎に規定したマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する。そして、図９に示すように、セット信号を基準として制限値経過時にパルス状の制限信号を生成し出力する。
【００７３】
図８に示す信号合成回路２７２は、図９に示すように、駆動信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。
【００７４】
図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図９に示すように、セット信号の立ち上りに同期してオンし、ＩＧＢＴをオンするととともに、その後に信号合成回路２７２から入力される新たなリセット信号の立ち上りに同期してオフし、ＩＧＢＴをオフする駆動信号を生成し出力する。リセット信号の生成に関連するブロックや回路が正常に動作している場合、リセット信号の出力タイミングが、制限信号の出力タイミングより遅くなることはない。そのため、セット信号の立ち上りに同期してオンするとともに、リセット信号の立ち上りに同期してオフする駆動信号が出力される。
【００７５】
ＩＧＢＴは、ＲＳフリップフロップ２７３の出力する駆動信号に基づいてオン、オフする。そして、第１実施形態の場合の同様に、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流高電圧が降圧され、低電圧バッテリＢ１１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、低電圧バッテリの電圧が出力電圧指令によって指示される電圧に保持される。
【００７６】
ところで、ＩＧＢＴがオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフしていた場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、図８に示す信号合成回路２７２は、図１０に示すように、スイッチングノイズである、セット信号を基準として時間Ｔ１内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。そのため、ＩＧＢＴのスイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、ＩＧＢＴのスイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００７７】
また、図１１に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ１１で出力されるべきリセット信号の出力タイミングが遅れ、時刻ｔ１２で出力された場合、リセット信号の出力タイミングが制限信号の出力タイミングより遅くなる。従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が大きくなり、入力電流が大きくなってしまう。しかし、この場合、図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１１に示すように、リセット信号に比べ出力タイミングの早い制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、入力電流を抑えることができる。
【００７８】
また、図１２に示すように、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の故障や誤動作により、本来時刻ｔ１３で出力されるべきリセット信号が出力されなかった場合、次の周期における時刻ｔ１４までリセット信号が出力されることはない。従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が非常に大きくなり、入力電流が非常に大きくなってしまう。しかし、この場合、図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１２に示すように、時刻ｔ１３でリセット信号が出力されないので、制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、入力電流を抑えることができる。
【００７９】
また、図１３に示すように、時刻ｔ１５〜ｔ１６の期間において、入力電圧が急激に上昇すると、リセット信号の生成に関連するブロックや回路の応答遅れにより、リセット信号の出力タイミングがすぐに早くはならないことがある。そのため、従来のように、セット信号及びリセット信号に同期して生成した駆動信号に従ってＩＧＢＴをオン、オフしていた場合、破線で示すように、駆動信号のパルス幅が小さくならず、出力電圧が上昇してしまう。しかし、図８に示す制限信号生成部２７０ｌは、入力電圧が上昇すると、マップに基づいてパルス幅の制限値を即座に小さくする。そして、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する。つまり、図１３に示すように、入力電圧の上昇に伴って制限信号の出力タイミングを即座に早くする。図８に示すＲＳフリップフロップ２７３は、図１３に示すように、応答遅れにより出力タイミングが早くなっていないリセット信号に比べ、出力タイミングが早い制限信号に同期して駆動信号をオフすることになる。そのため、実線で示すように、駆動信号のパルス幅を抑え、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００８０】
次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、リセット信号の生成に関連する、マイクロコンピュータ２７０内のブロックや回路が故障したり誤動作したりしても、制限信号生成部２７０ｌと信号合成回路２７２が、駆動信号のパルス幅を制限する。そのため、第１実施形態と同様に、過電流に伴って発生するＩＧＢＴの過熱による故障を抑えることができる。また、入力電圧が急激に上昇しても、出力電圧の上昇を抑えることができる。
【００８１】
また、第２実施形態によれば、制限信号生成部２７０ｌは、入力電圧と出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴをオンするパルス信号のパルス幅の制限値を決定する。そして、セット信号を基準として制限値経過時に制限信号を生成し出力する。信号合成回路２７２は、リセット信号と制限信号を合成し、駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する。そのため、入力電圧と出力電圧に基づいて駆動信号のパルス幅を確実に制限することができる。
【００８２】
ところで、ＩＧＢＴがオンすると、その直後にスイッチングノイズが発生する。従来のように、リセット信号に同期して駆動信号をオフしていた場合、リセット信号にこのスイッチングノイズが重畳されると、駆動信号のパルス幅が本来より小さくなってしまう。しかし、第２実施形態によれば、信号合成回路２７２は、スイッチングノイズである、セット信号を基準として時間Ｔ１内に出力されたリセット信号を除いて、リセット信号と制限信号を合成し、新たなリセット信号として出力する。そのため、スイッチングノイズの影響を受けることなく、新たなリセット信号を出力することができる。従って、スイッチングノイズの影響を受けることなく、駆動信号を出力することができる。
【００８３】
なお、第１及び第２実施形態では、制限信号生成部が、入力電圧と出力電圧に基づいてパルス幅の制限値を決定する例を挙げているが、これに限られるものではない。出力電圧指令によって指示された電圧になるように出力電圧が制御されていることから、制限信号生成部が、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定するようにしてもよい。
【００８４】
また、第１及び第２実施形態では、制限信号生成部が、予め設定されているマップに基づいてパルス幅の制限値を決定する例を挙げているが、これに限られるものではない。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入出力電圧から演算によって求めるようにしてもよい。
【００８５】
また、第１及び第２実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置が、高電圧バッテリの出力する直流高電圧を降圧して低電圧バッテリを充電する装置である例を挙げているが、これに限られるものではない。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、直流低電圧を昇圧する装置であってもよい。また、直流低電圧と直流高電圧を双方向に昇降圧する装置であってもよい。さらに、スイッチング素子をスイッチングさせることによって電圧を変換するものであれば、非絶縁型、絶縁型等の構成を問わず適用することができる。
また、第１及び第２実施形態では、フライホイール電流を流すための素子が、ダイオードで構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ダイオードをスイッチング素子に置き換えてもよい。この場合、置き換えたスイッチング素子を、ＩＧＢＴと相補的にオン、オフさせることで、同様の動作を実現することができる。つまり、複数のスイッチング素子を備えている場合にも適用できる。
さらに、第１及び第２実施形態では、入力電流検出回路が、コンデンサの負極端子とダイオードのアノードを高電圧バッテリに接続する配線に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。入力電流検出回路は、ＩＧＢＴの一端又は他端に接続される配線に設けられ、コイルに流れる電流を入力電流として検出するようにしてもよい。
加えて、第１及び第２実施形態では、入力電流値とスロープ補償を、マイクロコンピュータ内においてデジタル値として加算する例を挙げているが、これに限られるものではない。入力電流値とスロープ補償値を、マイクロコンピュータ外でアナログ値して加算し、
その後、マイクロコンピュータ内でデジタル値に変換するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（電力変換装置）、１０・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１・・・コイル、１２・・・コンデンサ、１３・・・ダイオード、１４・・・入力電圧検出回路、１５・・・入力電流検出回路、１６・・・出力電圧検出回路、１７、２７・・・制御回路、１７０ａ、２７０ａ・・・発振器（セット信号生成手段）、１７０ｂ、２７０ｂ・・・出力電圧指令部、１７０ｃ、２７０ｃ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｄ、２７０ｄ・・・偏差部（電流指令生成手段）、１７０ｅ、２７０ｅ・・・ＰＩＤ補償部（電流指令生成手段）、１７０ｆ、２７０ｆ・・・Ｄ／Ａコンバータ（電流指令生成手段）、１７０ｇ、２７０ｇ・・・スロープ補償部、１７０ｈ、２７０ｈ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｉ、２７０ｉ・・・加算部、１７０ｊ、２７０ｊ・・・Ｄ／Ａコンバータ、１７０ｋ、２７０ｋ・・・Ａ／Ｄコンバータ、１７０ｌ、２７０ｌ・・・制限信号生成部（パルス幅制限手段、制限信号生成手段）、１７１、２７１・・・コンパレータ（リセット信号生成手段）、１７２、２７３・・・ＲＳフリップフロップ（駆動信号生成手段）、１７３・・・信号選択回路（パルス幅制限手段、信号選択手段）、２７２・・・信号合成回路（パルス幅制限手段、信号合成手段）、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期毎にセット信号を生成し出力するセット信号生成手段と、
出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する電流指令生成手段と、
電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力するリセット信号生成手段と、
前記セット信号に同期してオンし、スイッチング素子をオンするとともに、その後に入力される前記リセット信号に同期してオフし、前記スイッチング素子をオフする駆動信号を生成し出力する駆動信号生成手段と、
を備えた電力変換装置において、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて前記駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記パルス幅制限手段は、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、前記セット信号に同期してオンし、パルス幅が前記制限値となる制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、
前記駆動信号と前記制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、前記スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力する信号選択手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記信号選択手段は、パルス幅が所定値以下の前記駆動信号を除いて、前記駆動信号と前記制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、前記スイッチング素子を駆動するための前記新たな駆動信号として出力することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記パルス幅制限手段は、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、前記セット信号を基準として前記制限値経過時に制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、
前記リセット信号と前記制限信号を合成し、前記駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する信号合成手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記信号合成手段は、前記セット信号を基準として所定時間内に出力された前記リセット信号を除いて、前記リセット信号と前記制限信号を合成し、前記駆動信号を生成するための前記新たなリセット信号として出力することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
車両に搭載されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
所定周期毎にセット信号を生成し出力するセット信号生成手段と、
出力電圧指令と出力電圧に基づいて電流指令を生成し出力する電流指令生成手段と、
電流指令と入力電流に基づいてリセット信号を生成し出力するリセット信号生成手段と、
前記セット信号に同期してオンし、スイッチング素子をオンするとともに、その後に入力される前記リセット信号に同期してオフし、前記スイッチング素子をオフする駆動信号を生成し出力する駆動信号生成手段と、
を備えた電力変換装置において、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいて前記駆動信号のパルス幅を制限するパルス幅制限手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記パルス幅制限手段は、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、前記セット信号に同期してオンし、パルス幅が前記制限値となる制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、
前記駆動信号と前記制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、前記スイッチング素子を駆動するための新たな駆動信号として出力する信号選択手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記信号選択手段は、パルス幅が所定値以下の前記駆動信号を除いて、前記駆動信号と前記制限信号のうちパルス幅の小さい信号を、前記スイッチング素子を駆動するための前記新たな駆動信号として出力することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記パルス幅制限手段は、
入力電圧と出力電圧、又は、入力電圧と出力電圧指令に基づいてパルス幅の制限値を決定し、前記セット信号を基準として前記制限値経過時に制限信号を生成し出力する制限信号生成手段と、
前記リセット信号と前記制限信号を合成し、前記駆動信号を生成するための新たなリセット信号として出力する信号合成手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記信号合成手段は、前記セット信号を基準として所定時間内に出力された前記リセット信号を除いて、前記リセット信号と前記制限信号を合成し、前記駆動信号を生成するための前記新たなリセット信号として出力することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
車両に搭載されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７４６５７（Ｐ２０１３−７４６５７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０２６９（Ｐ２０１１−２１０２６９）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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