(57)【要約】【課題】演算負荷を過大にすることなく、簡単な構成で電力変換回路の出力電圧を安定化できる電力変換装置、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法、及び車両を提供する。【解決手段】電力変換装置は、入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、出力電圧が目標値に等しくなるように電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含み、Ａ／Ｄ変換回路の所定のサンプリング周波数は、ＬＣ回路の共振周波数に基づいて定められている。【選択図】図６
2020120482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、
前記ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、前記出力電圧が目標値に等しくなるように前記電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含み、
前記Ａ／Ｄ変換回路の前記所定のサンプリング周波数は、前記ＬＣ回路の共振周波数に基づいて定められている、電力変換装置。
【請求項２】
前記所定のサンプリング周波数ｆｓは、前記ＬＣ回路のコイルのインダクタンスＬ及びコンデンサの静電容量をＣとして、以下の式により定められている、請求項１に記載の電力変換装置。
【数１】
2020120482.tif 000006
【請求項３】
前記サンプリング周波数は、前記ＬＣ回路の前記共振周波数に４／３を乗じた周波数と前記共振周波数に４／５を乗じた周波数との間にある、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記所定のサンプリング周波数は、前記ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定した値に基づいて決定される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記サンプリング周波数を記憶するサンプリング周波数記憶装置をさらに含み、
前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記サンプリング周波数記憶装置に記憶された前記サンプリング周波数で動作する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定し、前記サンプリング周波数記憶装置に書込む共振周波数推定回路をさらに含む、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
第１の電圧の電源と、
前記第１の電圧と異なる第２の電圧の電源からの電力で動作する機器と、
前記第１の電圧の電源からの電力を入力とし、前記第２の電圧の電力を出力して前記機器に供給する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置とを含む、車両。
【請求項８】
電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、
前記電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、
前記方法は、
前記ＬＣ回路の共振周波数を前記ＬＣ回路の設計値から計算するステップと、
前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を前記ＬＣ回路の前記共振周波数に設定するステップとを含む、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法。
【請求項９】
電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、
前記電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、
前記方法は、
前記ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定するステップと、
前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を前記推定するステップで推定された前記共振周波数に設定するステップとを含む、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法。
【請求項１０】
入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、前記ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、前記出力電圧が目標値に等しくなるように前記電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含む電力変換装置の製造方法であって、
前記電力変換回路、前記Ａ／Ｄ変換回路、及び前記制御回路を組立てるステップと、
前記電力変換装置の出荷前に、前記ＬＣ回路の共振周波数を実測するステップと、
前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を、実測された前記共振周波数に基づいて設定するステップとを含む、電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等で直流電圧の変換に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ、及び家庭用の電力管理装置等で用いられるインバータでは、出力される直流電圧から交流成分及びノイズを除去するための平滑回路が設けられる。典型的なものに、図１に示すＬＣフィルタ５０がある。
【０００３】
図１を参照して、この例のＬＣフィルタ５０は、出力側の２つの端子間に接続されたコンデンサＣと、一端が入力電圧を受けるように接続され、他端がコンデンサＣの一端に接続されたコイルＬとを含む共振回路である。ＬＣフィルタ５０においては、共振現象により電力変換装置の出力電圧の安定性が悪化する場合があることが知られている。例えば、図２を参照して、ＬＣフィルタ５０の周波数特性１００において、この共振によるピーク１０２が現れると出力電圧の安定性が悪化する。
【０００４】
こうした問題を解決するための提案が特許文献１に開示されている。特許文献１は、図３に示すように、電圧変換システムの動作条件に応じて、ＬＣフィルタの共振周波数において、周波数特性１５０の補償を行う周波数特性１５２を持つノッチフィルタを提案している。動作条件が変化しＬＣフィルタの共振周波数が変動する場合にも、ノッチフィルタの特性を追従して変化させることで出力電圧の安定を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、文献１に記載の技術では、以下のような問題がある。すなわち、デジタル制御を行う場合、所望のノッチフィルタを得るための演算が複雑であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にかかる演算負荷が大きくなる。そのため、電圧変換システムの動作条件の変化に十分に追随できない可能性がある。また回路のばらつきに対応するために、ノッチフィルタを得るための演算式の値を複数のパターンだけ予め記憶装置に記憶しておかなければならず、大量の記憶素子が必要となるという問題がある。
【０００７】
それゆえにこの発明は、演算負荷を過大にすることなく、簡単な構成で電力変換装置の出力電圧を安定化できる電力変換装置、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法、及び車両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】
この発明の第１の局面に係る電力変換装置は、入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、出力電圧が目標値に等しくなるように電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含み、Ａ／Ｄ変換回路の所定のサンプリング周波数は、ＬＣ回路の共振周波数に基づいて定められている。
【０００９】
この発明の第２の局面に係る車両は、第１の電圧の電源と、第１の電圧と異なる第２の電圧の電源からの電力で動作する機器と、第１の電圧の電源からの電力を入力とし、第２の電圧の電力を出力して機器に供給する、上記したいずれかの電力変換装置とを含む。
【００１０】
この発明の第３の局面に係るＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法は、電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、方法は、ＬＣ回路の共振周波数をＬＣ回路の設計値から計算するステップと、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数をＬＣ回路の共振周波数に設定するステップとを含む。
【００１１】
この発明の第４の局面に係るＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法は、電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、方法は、ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定するステップと、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を推定するステップで推定された共振周波数に設定するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１２】
以上のようにこの発明によると、演算負荷を過大にすることなく、簡単な構成で電力変換装置の出力電圧を安定化できる電力変換装置、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法、及び車両を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ＬＣフィルタの構成を示す回路図である。
【図２】図２は、ＬＣフィルタの周波数特性の１例を示すグラフである。
【図３】図３は、特許文献１に開示されたノッチフィルタの周波数特性を説明するための図である。
【図４】図４は、この発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の１例であるＤＣ−ＤＣコンバータを採用した電気自動車の構成を示す概略図である。
【図５】図５は、この発明の第１の実施の形態におけるＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数の決定方法を模式的に示すグラフである。
【図６】図６は、この発明の第１の実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータの構成の概略を示す図である。
【図７】図７は、この発明の第１の実施の形態においてＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を決定するためのプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図８】図８は、この発明の第１の実施の形態において、ＬＣフィルタの共振周波数の許容できる範囲を説明するための図である。
【図９】図９は、サンプリング周波数とクロスオーバー周波数との典型的な関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、この発明の第１の実施の形態におけるサンプリング周波数とクロスオーバー周波数との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数の校正の原理を示すグラフである。
【００１４】
【図１２】図１２は、この発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの構成の概略を示す図である。
【００１５】
【図１３】図１３は、図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいてＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する処理を実現するコンピュータプログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［この発明の実施形態の説明］
以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の実施の形態の少なくとも一部を任意に組合せても良い。
【００１７】
（１）  この発明の第１の局面に係る電力変換装置は、入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、出力電圧が目標値に等しくなるように電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含み、Ａ／Ｄ変換回路の所定のサンプリング周波数は、ＬＣ回路の共振周波数に基づいて定められている。
【００１８】
ＬＣ回路の共振周波数と同じサンプリング周波数でＬＣ回路の出力電圧をサンプリングすることにより、ＬＣ回路の共振周波数付近のゲインの増加をＡ／Ｄ変換回路のサンプリングの周波数特性によるゲインの減少で補償できる。その結果、電力変換装置の出力電圧を安定化できる。
【００１９】
（２）  好ましくは、所定のサンプリング周波数ｆｓは、ＬＣ回路のコイルのインダクタンスＬ及びコンデンサの静電容量をＣとして、以下の式により定められている。
【００２０】
【数１】
2020120482.tif 000003
ＬＣ回路を構成するコイルのインダクタンスＬ及びコンデンサの静電容量Ｃは、いずれも設計時に定まっているか、実測により推定できる。これらの値からＬＣ回路の共振周波数が上記式により計算できる。この周波数をサンプリング周波数ｆｓとして設定することで、電力変換装置の出力電圧を安定化できる。
【００２１】
（３）  より好ましくは、サンプリング周波数は、ＬＣ回路の共振周波数に４／３を乗じた周波数と前記共振周波数に４／５を乗じた周波数との間にある。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換回路のサンプリングによる周波数特性は、サンプリング周波数付近で急峻な谷となっている。そのため、ＬＣ回路の共振周波数がサンプリング周波数の前後に多少ずれていても、サンプリングによる周波数特性におけるゲインの値は十分小さい。ＬＣ回路の共振周波数によるゲインの増加をサンプリングの周波数特性で補償でき、電力変換装置の出力電圧を安定化できる。特にその範囲として、サンプリングの周波数特性におけるサンプリング周波数の位置での谷と、隣接するピークまでの間であれば電力変換装置の出力電圧の安定化に相当程度の効果が期待できる。
【００２３】
（４）所定のサンプリング周波数は、ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定した値に基づいて決定される。
【００２４】
ＬＣ回路の共振周波数を実測し、その値に基づいてＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数が決定される。サンプリング周波数がＬＣ回路の実際の共振周波数と一致するようにできるため、信頼度高く電力変換装置の出力を安定化できる。
【００２５】
（５）さらに好ましくは、電力変換装置は、サンプリング周波数を記憶するサンプリング周波数記憶装置をさらに含み、Ａ／Ｄ変換回路は、サンプリング周波数記憶装置に記憶されたサンプリング周波数で動作する。
【００２６】
サンプリング周波数記憶装置にサンプリング周波数を記憶させておくことで、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を簡単に設定でき、電力変換装置の出力電圧の安定化を容易に行える。
【００２７】
（６）  好ましくは、電力変換装置は、ＬＣ回路の実際の共振周波数を実測により推定し、サンプリング周波数記憶装置に書込む共振周波数推定回路をさらに含む。
【００２８】
ＬＣ回路の実際の共振周波数を実測し、その値に基づいてＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定できる。電力変換装置が稼働を始めた後にも、サンプリング周波数がＬＣ回路の共振周波数と一致するようにできるため、長時間にわたって電力変換装置の出力を安定化できる。
【００２９】
（７）  この発明の第２の局面に係る車両は、第１の電圧の電源と、第１の電圧と異なる第２の電圧の電源からの電力で動作する機器と、第１の電圧の電源からの電力を入力とし、第２の電圧の電力を出力して機器に供給する、上記したいずれかの電力変換装置とを含む。
【００３０】
車両の場合、様々な電圧で駆動される機器が存在する。第１の電圧の電源からの電力でそれらを全て駆動することはできないので、電力変換装置で第２の電圧に変換する必要がある。この電力変換装置の出力をサンプリングするＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を電力変換装置内のＬＣ回路の共振周波数と等しくすることで、電力変換装置の出力を安定化でき、車両に搭載された機器が安定して動作可能になる。
【００３１】
（８）  この発明の第３の局面に係るＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法は、電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、方法は、ＬＣ回路の共振周波数をＬＣ回路の設計値から計算するステップと、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数をＬＣ回路の共振周波数に設定するステップとを含む。
【００３２】
ＬＣ回路の共振周波数と同じサンプリング周波数でＬＣ回路の出力電圧をサンプリングすることにより、ＬＣ回路の共振周波数付近のゲインの増加をＡ／Ｄ変換回路のサンプリングの周波数特性によるゲインの減少で補償できる。その結果、電力変換装置の出力電圧を安定化できる。
【００３３】
（９）  この発明の第４の局面に係るＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法は、電力変換装置の出力電圧をサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を設定する方法であって、電力変換装置は出力側にＬＣ回路を含み、方法は、ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定するステップと、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を推定するステップで推定された共振周波数に設定するステップとを含む。
【００３４】
ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定し、推定された共振周波数と同じサンプリング周波数でＬＣ回路の出力電圧をサンプリングする。ＬＣ回路の共振周波数付近のゲインの増加をＡ／Ｄ変換回路のサンプリングの周波数特性によるゲインの減少で補償できる。その結果、ＬＣ回路の周波数特性の変化があっても電力変換装置の出力電圧を安定化できる。
【００３５】
（１０）  この発明の第５の局面に係る電力変換装置の製造方法は、入力される交流電圧又は直流電圧を所定電圧の直流電圧に変換する、ＬＣ回路を出力側に持つ電力変換回路と、ＬＣ回路の出力電圧の値を所定のサンプリング周波数でサンプリングしデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力を入力とし、出力電圧が目標値に等しくなるように電力変換回路をフィードバック制御する制御回路とを含む電力変換装置の製造方法であって、電力変換回路、Ａ／Ｄ変換回路、及び制御回路を組立てるステップと、ＬＣ回路の共振周波数を実測により推定するステップと、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を、実測された共振周波数に基づいて設定するステップとを含む。
【００３６】
ＬＣ回路の共振周波数を実測し、その値に基づいてＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数が設定される。サンプリング周波数がＬＣ回路の実際の共振周波数と一致するようにできるため、信頼度高く電力変換装置の出力を安定化できる。
【００３７】
［この発明の実施形態の詳細］
この発明の実施形態に係る電力変換回路の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、この発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。なお、以下の説明では電力変換装置としてＤＣ−ＤＣコンバータを１例として説明する。しかしこの発明はＤＣ−ＤＣコンバータに適用可能なだけではなく、出力側にＬＣ回路を含む装置であってフィードバック制御により出力電圧を安定化させる装置、例えばインバータの直流出力部分にも適用可能である。
【００３８】
＜第１の実施の形態＞
〈構成〉
図４を参照して、この発明の第１の実施の形態に係る電力変換回路を用いた車両である電気自動車２００は、車体２１０と、いずれも車体２１０に搭載された、４８Ｖ〜３００Ｖの電圧の高圧電池２２０、高圧電池２２０からの高圧の直流電力により駆動されて電気自動車２００を動作させ、電気自動車２００の制動時等には発電を行なって高圧電池２２０への充電を行う発電機／駆動モータ２２２、その他、高圧電池２２０からの高圧直流電圧により作動する高圧作動ユニット２２４、高圧電池２２０からの高圧直流電圧をより低い電圧（例えば１２Ｖ）に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ２２６、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６により出力される１２Ｖの直流電圧により充電される１２Ｖ電池２２８、及び１２Ｖ電池２２８を電源とする１２Ｖの直流電圧によって作動する補機２３０とを含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６は、上記したＬＣフィルタと、ＬＣフィルタの共振によるＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力電圧の不安定化を防止するようにサンプリング周波数が調整された、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力電圧の測定信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とを含む。後述するように、この実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２２６は、内部のＬＣフィルタの共振周波数付近でも出力電圧が安定する。したがって、１２Ｖで作動する補機２３０等の動作が安定するという効果がある。
【００３９】
図５を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６のＬＣフィルタの回路構成から、その周波数特性１００の共振ピーク１０２における共振角周波数ωは、以下の式により計算できる。
【００４０】
【数２】
2020120482.tif 000004
ここで、Ｌは設計時のコイルのインダクタンス、Ｃはコンデンサのキャパシタンスを表す。これらの値は設計時の情報から得ることができる。
【００４１】
また、共振周波数ｆは以下の式により計算できる。
【００４２】
【数３】
2020120482.tif 000005
この実施の形態では、図５に示すように、ＬＣフィルタ５０の周波数特性１００のピーク１０２に相当するピーク周波数と一致するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６内でＬＣフィルタ５０の出力電圧の測定信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数を定める。図５を参照して、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリングの周波数特性２５０は図５に示すとおりであり、サンプリング周波数に相当するところで谷２５２が現れる。したがって、サンプリング周波数とＬＣフィルタの共振周波数とを一致させると、ＬＣフィルタの共振特性をＡ／Ｄ変換回路のサンプリング特性で補償（相殺）でき、出力電圧の安定性を簡単に確保できる。
【００４３】
図６を参照して、第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２２６は、入力側の２端子と出力側の２端子との間に設けられた、電力変換回路の一例である降圧チョッパ回路３００と、降圧チョッパ回路３００の出力の高圧側端子の電圧の測定値を用いて降圧チョッパ回路３００を制御し、降圧チョッパ回路３００の出力電圧が所望の目標値と等しくなるように制御するための制御回路３０２とを含む。
【００４４】
降圧チョッパ回路３００は、入力側の２端子の間に接続されたコンデンサ３１０と、入力の高圧側端子にドレインが接続されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる半導体スイッチ３１２と、半導体スイッチ３１２と並列に存在するボディダイオード３１４と、入力の低圧側端子に接続されたアノードと、半導体スイッチ３１２のソースに接続されたカソードとを持つダイオード３１６と、ダイオード３１６よりさらに出力端子側に接続されたＬＣフィルタ３１８とを含む。
【００４５】
ＬＣフィルタ３１８は、ダイオード３１６のカソードに接続された一端と、出力の高圧側端子との間に接続されたコイルＬと、２つの出力端子の間に接続されたコンデンサＣとを含む。
【００４６】
制御回路３０２は、降圧チョッパ回路３００の出力の高圧側端子の電圧を上記した方法でＬＣフィルタ３１８を構成するＬ及びＣの値に基づいて決定したサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル化するためのＡ／Ｄ変換回路３４０と、降圧チョッパ回路３００の出力電圧の目標値とＡ／Ｄ変換回路３４０の出力の差分を算出する差分回路３４２と、差分回路３４２の出力する差分に基づいて、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御により半導体スイッチ３１２のデューティ比を算出し出力するＰＩ制御部３４４と、ＰＩ制御部３４４の出力するデューティ比と所定のキャリア三角波とを比較し、半導体スイッチ３１２をオンすべきときにハイレベル、それ以外のときにはローレベルとなる制御信号を出力するコンパレータ３４８と、コンパレータ３４８の出力に基づき半導体スイッチ３１２を駆動するゲート信号を出力するゲートドライバ３５０と、Ａ／Ｄ変換回路３４０によるサンプリングを行う際のサンプリング周波数を記憶するサンプリング周波数記憶装置３４６とを含む。ＰＩ制御部３４４は、サンプリング周波数記憶装置３４６に記憶されたサンプリング周波数で出力電圧のサンプリングを行うようＡ／Ｄ変換回路３４０を制御する。なお、制御回路３０２の主要部分はプロセッサと当該プロセッサにより実行されるプログラムとにより実現される。
【００４７】
この回路では、ＬＣフィルタ３１８のＬ及びＣの値に基づいて式（２）によりＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を決定する。図７を参照して、サンプリング周波数を決定するためのプログラムは、Ｌ及びＣの値を入力するステップ４００と、共振周波数を計算するステップ４０２と、計算された共振周波数をサンプリング周波数記録装置に格納するステップ４０４とを含む。ＰＩ制御部３４４はこのサンプリング周波数記憶装置３４６に格納されたサンプリング周波数でサンプリングを行うよう、Ａ／Ｄ変換回路３４０の設定を行う。このような簡単なプログラムでサンプリング周波数記憶装置３４６にサンプリング周波数を記憶させておくことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力電圧を安定にできる。
【００４８】
<動作〉
この第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２２６は以下のように動作する。サンプリング周波数記憶装置３４６には、ＬＣフィルタ３１８の共振周波数と同じサンプリング周波数が記憶されている。起動時、ＰＩ制御部３４４はサンプリング周波数記憶装置３４６からこのサンプリング周波数を読出し、Ａ／Ｄ変換回路３４０がこのサンプリング周波数で降圧チョッパ回路３００の出力電圧をサンプリングするよう設定する。Ａ／Ｄ変換回路３４０は、降圧チョッパ回路３００の出力電圧をこのサンプリング周波数でサンプリングし、差分回路３４２のマイナス端子に与える。差分回路３４２のプラス端子には出力電圧の目標値が与えられている。差分回路３４２は、出力電圧の目標値とＡ／Ｄ変換回路３４０の出力（降圧チョッパ回路３００の出力電圧）との差分を算出しＰＩ制御部３４４に与える。ＰＩ制御部３４４はこの差分に基づき、ＰＩ制御により半導体スイッチ３１２のデューティ比を算出しコンパレータ３４８に与える。
【００４９】
コンパレータ３４８は、内部で発生したキャリア三角波とＰＩ制御部３４４から与えられたデューティ比とを比較し、キャリア三角波の１周期の中で、キャリア三角波の電圧がデューティ比未満のときにはローレベル、デューティ比以上のときにはハイレベルとなる信号をゲートドライバ３５０に出力する。ゲートドライバ３５０はこの信号に基づき、この信号がハイレベルのときには半導体スイッチ３１２がオンし、ローレベルのときにはオフするようにゲート制御信号を生成し半導体スイッチ３１２に与える。
【００５０】
以下、降圧チョッパ回路３００の動作自体は周知であるのでここでは詳細は繰返さないが、降圧チョッパ回路３００の出力電圧は、入力電圧をＶin、出力電圧をＶout、デューティ比をαとすると、Ｖout＝αＶinとなる。
【００５１】
〈実施の形態の効果〉
上記実施の形態では、ＬＣフィルタ３１８の共振周波数とＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数とが等しいため、図５に示すように両者のゲインが補償（相殺）され、降圧チョッパ回路３００の出力が安定したものとなる。しかしこの実施の形態の効果はそれだけではない。ＬＣフィルタ３１８の共振周波数が計算値と多少ずれていても、ある程度の効果を得ることができる。
【００５２】
図８を参照して、ＬＣフィルタ３１８の作製時のばらつきにより、ピーク１０２が多少前後にずれることがある。理論的に求めた共振周波数、すなわちＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数をｆｓとする。ＬＣフィルタ３１８の共振周波数は、サンプリングによる周波数特性でサンプリング周波数に対応する谷を中心に、その谷の隣のピークまでの間の範囲にあればよい。すなわち、共振周波数はサンプリング周波数に０．７５（＝３／４）を乗じた周波数以上でサンプリング周波数に１．２５（＝５／４）を乗じた周波数以下の範囲にあればよい。逆に言えば、サンプリング周波数は共振周波数に４／３を乗じた周波数以下で共振周波数に４／５を乗じた周波数以上の範囲にあればよい。ＬＣフィルタ３１８の共振周波数が理論的な周波数ｆｓに対して前後に２５％ずれて低周波数側のピーク４１０又は高周波数側のピーク４１２までずれたとする。この場合、図８に示すように周波数特性２５０の前後の周波数でも周波数特性２５０のゲインはかなり小さくなる。そのため、共振による周波数特性１００のピークによるゲインの増加が周波数特性２５０のゲインの減少により補償され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力が不安定になることが防止できる。特に谷２５２より周波数が高い範囲でこの効果がよく現れる。
【００５３】
なお、この実施の形態のようにＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数をＬＣフィルタ３１８の共振周波数と等しくすることについては、従来は全く考えられていなかった。図９を参照して、従来は、Ａ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数は、いわゆるクロスオーバー周波数（ＬＣフィルタ３１８の周波数特性４２０において、ゲインが０ｄＢになる点４２８における周波数）に合わせて、０．５×ｆｓ＝クロスオーバー周波数となるように設計されていた。これは、図９に示すサンプリングの周波数特性２５０において、領域４２４の部分のサンプリング周波数では正しくサンプリングができず、また領域４２６の部分ではサンプリングは可能であるものの、必要なゲインが消されるおそれがあり、あまり使用しない領域とされていたためである。
【００５４】
これに対してこの実施の形態では、図１０に示すように、サンプリング周波数ｆｓを点４２８のクロスオーバー周波数とは無関係に、ピーク１０２における共振周波数と同じ周波数に定める。このようにサンプリング周波数をクロスオーバー周波数と無関係に決定するという考え方は、従来存在していなかった。
【００５５】
この実施の形態によれば、降圧チョッパ回路３００の回路設計時にＬＣフィルタ３１８のＬ及びＣの値に基づく簡単な計算でＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を決定し、ＬＣフィルタ３１８の共振によりＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力電圧が不安定になることが防止できる。またＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数をサンプリング周波数記憶装置３４６に格納するという簡単な構成でそうした効果を得ることができる。
【００５６】
［第１の変形例］
上記実施の形態では、設計時のＬ及びＣの値に基づいてＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を決定している。しかしこの発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、降圧チョッパ回路３００、Ａ／Ｄ変換回路３４０、及び制御回路３０２を組み立てることにより第１の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ２２６を製造する際、工場出荷前に実際のＬＣフィルタ３１８の共振周波数を実測により推定し、その結果に基づいてＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を設定してもよい。このようにすることで、サンプリング周波数をＬＣフィルタ３１８の実際の共振周波数と一致させることができるので、高い信頼性でＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の動作を安定化できる。
【００５７】
図１１を参照して、設計時のＬ及びＣの値から計算した周波数特性１００のピーク１０２が、実際には周波数特性４５０により示されるように低周波数側のピーク４５２の位置に変わっていたものとする。この場合には、設計時のＬ及びＣの値とサンプリングの周波数特性２５０により定まる谷２５２の位置よりも、より低周波数側でピーク４５２と同じ周波数である位置に谷４６２が移動した周波数特性４６０となるようにサンプリング周波数を決定する。
【００５８】
ＬＣフィルタ３１８の共振周波数の測定は簡単に行える。このような処理をすることにより、作製時のコイル及びコンデンサ等の回路要素のばらつきにも対応したサンプリング周波数を決定でき、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の出力電圧が不安定になることが防止できる。
【００５９】
このための手続及びプログラムは図７に示したものにおいて、ステップ４００及び４０２に代えて、実際にＬＣフィルタ３１８の共振周波数を実測により推定するステップを設ければ良い。
【００６０】
［第２の変形例］
第１の変形例は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２６の工場出荷時にＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を校正するものである。しかしこの発明はそのような実施の形態には限定されない。出荷後にもＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を自動的に校正できるようにすることも可能である。
【００６１】
図１２にこの第２の変形例に係るＤＣ−ＤＣコンバータ５００のブロック図を示す。図１２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ５００が図６に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２２６と異なるのは、図６に示す制御回路３０２に代えて制御回路５１０を含む点である。制御回路５１０は制御回路３０２とほぼ同じ構成を持つが、図６のサンプリング周波数記憶装置３４６に代えて、書込可能な不揮発性半導体メモリからなるサンプリング周波数記憶装置５２０を含む点、ダイオード３１６のアノード側に異なる周波数の入力を与え、降圧チョッパ回路３００の出力端子に現れる出力を実際に測定することでＬＣフィルタ３１８の共振周波数を推定する共振周波数推定回路５２８と、共振周波数推定回路５２８により推定された共振周波数をＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数としてサンプリング周波数記憶装置５２０に書込むサンプリング周波数更新装置５２２と、共振周波数推定回路５２８からダイオード３１６のアノードへの接続線内に設けられたスイッチ５２４と、降圧チョッパ回路３００の高圧側端子と共振周波数推定回路５２８の入力とを結ぶ接続線内に設けられたスイッチ５２６とを含む点とで制御回路３０２と異なる。そのほかの点ではＤＣ−ＤＣコンバータ５００はＤＣ−ＤＣコンバータ２２６と同じである。
【００６２】
スイッチ５２４及びスイッチ５２６は通常はオフであり、共振周波数推定回路５２８を降圧チョッパ回路３００から絶縁している。所定のトリガーが発生するとスイッチ５２４及び５２６はいずれもオンとなり、共振周波数推定回路５２８が動作する。車両等においては、サンプリング周波数の校正のためにＤＣ−ＤＣコンバータ５００を動作させることは望ましくない。したがって、トリガーは、少なくともＤＣ−ＤＣコンバータ５００がアイドル状態であるときに発生するようにしなければならない。例えば、車両が駐車しており急に動き出す可能性がないことが明確に判定できるときにこの処理を実行することが好ましい。サイドブレーキが引かれているとき、又は自動変速機がニュートラル若しくはパークに設定されたとき等という条件を用いても良い。
【００６３】
共振周波数推定回路５２８及びサンプリング周波数更新装置５２２は実際にはプロセッサとプロセッサにより実行されるプログラムにより実現される。図１３に、この校正処理を実現するために共振周波数推定回路５２８及びサンプリング周波数更新装置５２２が実行するプログラムの制御構造をフローチャート形式で示す。図１３を参照して、このプログラムは、図１２に示すスイッチ５２４及び５２６をオンさせ、ＬＣフィルタ３１８に複数種類の周波数の入力を与え、降圧チョッパ回路３００の出力を実際に測定することでＬＣフィルタ３１８の周波数特性を推定するステップ５５０と、ステップ５５０で推定された周波数特性のピークから共振周波数を推定するステップ５５２と、ステップ５５２で推定された共振周波数をＡ／Ｄ変換回路３４０の校正後のサンプリング周波数としてサンプリング周波数更新装置５２２に書込むことでサンプリング周波数記憶装置５２０に記憶されたサンプリング周波数を更新し、スイッチ５２４及び５２６をオフさせて処理を終了するステップ５５４とを含む。
【００６４】
ＬＣフィルタ３１８の周波数特性の概形は分かっている。ステップ５５０では、予め決めておいた複数の周波数の入力をダイオード３１６経由でＬＣフィルタ３１８に与え、降圧チョッパ回路３００の出力を測定する。このときの入力周波数と出力との関係、及びもとの周波数特性の概形から、正確な周波数特性を推定するようにすればよい。
【００６５】
この変形例では、あるトリガーが発生するたびに、スイッチ５２４及びスイッチ５２６がオンとなる。この間に共振周波数推定回路５２８がＬＣフィルタ３１８に複数の周波数の入力信号を与え、降圧チョッパ回路３００の出力を測定することでＬＣフィルタ３１８の周波数特性を推定する（図１３のステップ５５０）。ステップ５５０で推定された周波数特性から共振周波数が推定される（ステップ５５２）。さらに、ステップ５５２で推定された共振周波数をサンプリング周波数記憶装置５２０に書込んでＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数を更新する。サンプリング周波数記憶装置５２０への書込みが終了したらスイッチ５２４及びスイッチ５２６をいずれもオフする。
【００６６】
この変形例によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００が出荷された後、何らかの要因でＬＣフィルタ３１８の周波数特性が変化したときにも、共振周波数推定回路５２８及びサンプリング周波数更新装置５２２によりＡ／Ｄ変換回路３４０のサンプリング周波数がＬＣフィルタ３１８の共振周波数と等しくなるように自動的にサンプリング周波数の校正が行われる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００の出荷後、ＬＣフィルタ３１８の周波数特性が変化してもＤＣ−ＤＣコンバータ５００の出力が不安定になることが防止できる。
【００６７】
なお、サンプリング周波数の更新はあまり頻繁に行う必要はない。また、サンプリング周波数記憶装置５２０に記憶されている値と、共振周波数推定回路５２８が新たに推定した値との差が所定のしきい値より小さいときにはサンプリング周波数記憶装置５２０の更新を行わないようにしてもよい。
【００６８】
上記実施の形態では降圧チョッパ回路を例として示したが、出力側にＬＣ回路を持つ電力変換回路を含む電力変換装置であればこの発明はどのようなものにも適用できる。例えば昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、インバータ等、出力が直流電圧となる電力変換回路を含むものであればどのようなものにも適用できる。
【００６９】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載により示されるわけではなく、特許請求の範囲の各請求項によって示され、特許請求の範囲の文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
５０、３１８  ＬＣフィルタ
１００、１５０、１５２、２５０、４２０、４５０、４６０  周波数特性
１０２、４１０、４１２、４５２  ピーク
２００  電気自動車
２２０  高圧電池
２２２  発電機／駆動モータ
２２４  高圧作動ユニット
２２６、５００  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２８  １２Ｖ電池
２３０  補機
２５２、４６２  谷
３００  降圧チョッパ回路
３０２、５１０  制御回路
３１０  コンデンサ
３１２  半導体スイッチ
３１４  ボディダイオード
３１６  ダイオード
３４０  Ａ／Ｄ変換回路
３４２  差分回路
３４４  ＰＩ制御部
３４６、５２０  サンプリング周波数記憶装置
３４８  コンパレータ
３５０  ゲートドライバ
４００、４０２、４０４、５５０、５５２  ステップ
４２４、４２６  領域
４２８  点
５２２  サンプリング周波数更新装置
５２４、５２６  スイッチ
５２８  共振周波数推定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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