(57)【要約】【課題】本発明は、同期整流が行われるときに整流部１４で発生する損失の低減効果の低下を抑制することができる電力変換回路の制御装置５０を提供する。【解決手段】制御装置５０は、変換回路１２、トランス１３及び整流部１４を備える電力変換回路１２に適用される。制御装置５０は、整流部１４において各出力端子Ｃｏ１，Ｃｏ２側から２次コイル１３ｂ側への電流の逆流を検出する。制御装置５０は、電流の逆流を検出した場合、電流の逆流が生じなくなるように整流部１４の第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６のオフタイミングを補正する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ（Ｑ５，Ｑ６）を有し、同期整流が行われるように前記スイッチがオンオフされることにより、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する整流部（１４）を備える電力変換回路に適用され、
前記整流部において出力側から入力側への電流の逆流を検出する逆流検出部と、
前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記スイッチのオフタイミングを補正する補正部と、を備える電力変換回路の制御装置（５０）。
【請求項２】
前記スイッチを出力側スイッチとし、
前記電力変換回路は、
入力側スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）を有し、前記入力側スイッチがオンオフされることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して出力するスイッチ回路（１２，１３）を備え、
前記スイッチ回路の出力側が前記整流部の入力側に接続されており、
前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチ（Ｑ１又はＱ３）をオンするとともに、前記同期整流を行うために前記出力側スイッチ（Ｑ５又はＱ６）をオンし、その後前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチ（Ｑ４又はＱ２）をオフしてから遅延時間経過したタイミングにおいて、前記同期整流を停止するために前記出力側スイッチをオフするスイッチ制御部を備え、
前記補正部は、前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記遅延時間を補正することにより、前記出力側スイッチのオフタイミングを補正する請求項１に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチをオンするとともに、前記同期整流を行うために前記出力側スイッチをオンする動作と、その後前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチをオフしてから前記遅延時間経過したタイミングにおいて、前記同期整流を停止するために前記出力側スイッチをオフする動作とを交互に繰り返し、
前記逆流検出部は、前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチがオフされてから、前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチが再度オンされるまでの判定期間（Ｔａ，Ｔｂ）において、前記逆流を検出し、
前記補正部は、今回の前記判定期間における前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記出力側スイッチの次回のオフタイミングを定めるための前記遅延時間を補正する請求項２に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項４】
前記スイッチ回路は、
前記入力側スイッチを有し、前記入力側スイッチがオンオフされることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する変換回路（１２）と、
前記変換回路の出力側に接続された１次コイル（１３ａ）、及び前記１次コイルと磁気結合してかつ前記整流部の入力側に接続された２次コイル（１３ｂ）を有するトランス（１３）と、を備える請求項３に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、
前記整流部から出力される直流電力を外部に出力する出力部（Ｃｏ１，Ｃｏ２）と、
リアクトル（１６ａ）及びコンデンサ（１６ｂ）を有し、前記整流部と前記出力部とを接続する電気経路（１５ａ，１５ｂ）に設けられたＬＣフィルタ（１６）と、を備え、
前記逆流検出部は、前記１次コイルに流れる電流値、前記２次コイルに流れる電流値、前記整流部に流れる電流値、及び前記リアクトルに流れる電流値のうち少なくとも１つを判定用パラメータとして取得し、取得した前記判定用パラメータに基づいて、前記逆流を検出する請求項４に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項６】
前記逆流検出部は、取得した前記判定用パラメータの絶対値が閾値（Ｉｔｈ，Ｖｔｈ）よりも小さくなったことをもって前記逆流が生じたことを検出し、
前記閾値は、前記出力側スイッチの電流容量及び前記出力側スイッチの許容上限温度のうち少なくとも１つに基づいて設定されている請求項５に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置と、前記電力変換回路と、を備える電力変換装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路の制御装置と、制御装置を備える電力変換装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に見られるように、同期整流が行われるようにスイッチがオンオフされることにより、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する整流部を備える電力変換回路が知られている。
【０００３】
この電力変換回路では、電力変換回路から外部に供給すべき負荷電流値が小さい状況下、整流部において出力側から入力側への電流の逆流が生じないようにスイッチがオフされる。スイッチのオフタイミングは、例えば、電力変換回路の入力電圧値及び出力電圧値に基づいて設定される。これにより、整流部で発生する損失の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、逆流を防止するためのスイッチの適切なオフタイミングを設定できないことがある。例えば、電力変換回路の入力，出力電圧値を検出するセンサの検出精度が経時変化によって低下することにより、スイッチの適切なオフタイミングを設定できないことがある。適切なオフタイミングを設定できない場合、同期整流が行われるときに整流部で発生する損失の低減効果が低下し得る。
【０００６】
本発明は、同期整流が行われるときに整流部で発生する損失の低減効果の低下を抑制できる電力変換回路の制御装置、及び制御装置を備える電力変換装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、スイッチを有し、同期整流が行われるように前記スイッチがオンオフされることにより、入力される交流電力を直流電力に変換して出力する整流部を備える電力変換回路に適用され、前記整流部において出力側から入力側への電流の逆流を検出する逆流検出部と、前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記スイッチのオフタイミングを補正する補正部と、を備える。
【０００８】
第１の発明では、整流部において出力側から入力側への電流の逆流が逆流検出部により検出される。補正部は、逆流検出部の検出結果に基づいて、スイッチのオフタイミングを補正する。これにより、整流部における逆流の発生を抑制し、同期整流が行われる場合に整流部で発生する損失の低減効果の低下を抑制できる。
【０００９】
なお第１の発明は、第２の発明のように具体化することができる。第２の発明では、前記電力変換回路は、入力側スイッチがオンオフされることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して出力するスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路の出力側が前記整流部の入力側に接続されている。第２の発明は、前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチをオンするとともに、前記同期整流を行うために前記整流部の出力側スイッチをオンし、その後前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチをオフしてから遅延時間経過したタイミングにおいて、前記同期整流を停止するために前記出力側スイッチをオフするスイッチ制御部を備え、前記補正部は、前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記遅延時間を補正することにより、前記出力側スイッチのオフタイミングを補正する。
【００１０】
第３の発明では、前記スイッチ制御部は、前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチをオンするとともに、前記同期整流を行うために前記出力側スイッチをオンする動作と、その後前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチをオフしてから前記遅延時間経過したタイミングにおいて、前記同期整流を停止するために前記出力側スイッチをオフする動作とを交互に繰り返し、前記逆流検出部は、前記スイッチ回路から前記整流部への電力の供給を停止するために前記入力側スイッチがオフされてから、前記スイッチ回路から前記整流部へと電力を供給するために前記入力側スイッチが再度オンされるまでの判定期間において、前記逆流を検出し、前記補正部は、今回の前記判定期間における前記逆流検出部の検出結果に基づいて、前記出力側スイッチの次回のオフタイミングを定めるための前記遅延時間を補正する。
【００１１】
第３の発明によれば、逆流が検出された直後の出力側スイッチのオフタイミングを補正できる。このため、出力側スイッチのオフタイミングを都度適切なタイミングに維持することができ、逆流の発生を的確に抑制できる。
【００１２】
ここで前記スイッチ回路としては、例えば第４の発明のように、前記入力側スイッチを有し、前記入力側スイッチがオンオフされることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する変換回路と、前記変換回路の出力側に接続された１次コイル、及び前記１次コイルと磁気結合してかつ前記整流部の入力側に接続された２次コイルを有するトランスと、を備えるものを用いることができる。
【００１３】
第５の発明では、前記電力変換回路は、前記整流部から出力される直流電力を外部に出力する出力部と、リアクトル及びコンデンサを有し、前記整流部と前記出力部とを接続する電気経路に設けられたＬＣフィルタと、を備える。第５の発明では、前記逆流検出部は、前記１次コイルに流れる電流値、前記２次コイルに流れる電流値、前記整流部に流れる電流値、及び前記リアクトルに流れる電流値のうち少なくとも１つを判定用パラメータとして取得し、取得した前記判定用パラメータに基づいて、前記逆流を検出する。
【００１４】
１次コイルに流れる電流値、２次コイルに流れる電流値、整流部に流れる電流値、及びリアクトルに流れる電流値のそれぞれは、整流部において出力部側からスイッチ回路側へと流れる電流値と相関を有する。このため第５の発明では、上記判定用パラメータに基づいて逆流を検出することにより、逆流の検出精度を高めることができる。
【００１５】
なお第５の発明は、例えば第６の発明のように具体化することができる。第６の発明では、前記逆流検出部は、取得した前記判定用パラメータの絶対値が閾値よりも小さくなったことをもって前記逆流が生じたことを検出し、前記閾値は、前記出力側スイッチの電流容量及び前記出力側スイッチの許容上限温度のうち少なくとも１つに基づいて設定されている。
【００１６】
第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明の制御装置と、前記電力変換回路と、を備える電力変換装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る電力変換システムの全体構成図。
【図２】パルス生成部及びドライブ回路の構成を示す図。
【図３】１次コイルに流れる電流値等の推移を示すタイムチャート。
【図４】補正値算出部の処理を示すブロック図。
【図５】第１実施形態の効果を説明するためのタイムチャート。
【図６】第２実施形態に係る電力変換システムの全体構成図。
【図７】補正値算出部の処理を示すブロック図。
【図８】第３実施形態に係るパルス生成部及びドライブ回路の構成を示す図。
【図９】マスク処理部の構成を示す図。
【図１０】第３実施形態の効果を説明するためのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、制御装置は電力変換システムを構成する。
【００１９】
図１に示すように、電力変換装置１０は、スイッチング電源装置としてのＤＣＤＣコンバータである。本実施形態において電力変換装置１０は、フルブリッジ型の降圧コンバータである。
【００２０】
電力変換装置１０は、入力部としての第１入力端子Ｃｉ１及び第２入力端子Ｃｉ２を備えている。第１入力端子Ｃｉ１には、高圧蓄電池３０の正極端子が接続され、第２入力端子Ｃｉ２には、高圧蓄電池３０の負極端子が接続されている。
【００２１】
電力変換装置１０は、出力部としての第１出力端子Ｃｏ１及び第２出力端子Ｃｏ２を備えている。第１出力端子Ｃｏ１には、給電対象４０の正極端子が接続され、第２出力端子Ｃｏ２には、給電対象４０の負極端子が接続されている。
【００２２】
電力変換装置１０は、高圧蓄電池３０から第１，第２入力端子Ｃｉ１，Ｃｉ２を介して入力される電圧（例えば２８８Ｖ）を降圧し、降圧した電圧（例えば１４Ｖ）を第１，第２出力端子Ｃｏ１，Ｃｏ２を介して給電対象４０に供給する。なお、高圧蓄電池３０は、例えばリチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池等の２次電池である。また、給電対象４０は、高圧蓄電池３０よりも出力電圧の低い低圧蓄電池と、電気負荷とを含む。低圧蓄電池は、例えば鉛蓄電池である。電気負荷は、例えばヘッドランプ等を含む。
【００２３】
電力変換装置１０は、平滑コンデンサ１１と、変換回路１２と、トランス１３とを備えている。平滑コンデンサ１１の第１端には第１入力端子Ｃｉ１が接続され、第２端には第２入力端子Ｃｉ２が接続されている。なお本実施形態において、変換回路１２及びトランス１３がスイッチ回路に相当する。
【００２４】
変換回路１２は、入力側スイッチに相当する第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４を備え、入力される直流電圧を交流電圧に変換してトランス１３を構成する１次コイル１３ａに供給する。本実施形態において、各スイッチＱ１〜Ｑ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。なお第１，第２，第３，第４スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４には、フリーホイールダイオードとして機能する第１，第２，第３，第４ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が逆並列接続されている。各ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、例えばボディダイオードである。
【００２５】
第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２のドレインには、第１入力端子Ｃｉ１が接続され、第３，第４スイッチＱ３，Ｑ４のソースには、第２入力端子Ｃｉ２が接続されている。第１スイッチＱ１のソースと第３スイッチＱ３のドレインとが接続され、第２スイッチＱ２のソースと第４スイッチＱ４のドレインとが接続されている。第１スイッチＱ１及び第３スイッチＱ３の接続点には、１次コイル１３ａの第１端が接続され、第２スイッチＱ２及び第４スイッチＱ４の接続点には、１次コイル１３ａの第２端が接続されている。
【００２６】
トランス１３は、２次コイル１３ｂを備えている。本実施形態において、２次コイル１３ｂは、中間タップＭｔを備えている。
【００２７】
電力変換装置１０は、整流部１４を備えている。整流部１４は、同期整流により、２次コイル１３ｂから出力される交流電流を直流電流に変換する整流機能を有している。整流部１４は、第５スイッチＱ５、第６スイッチＱ６、第１整流ダイオードＤａ及び第２整流ダイオードＤｂを備えている。本実施形態において、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、出力側スイッチに相当する。
【００２８】
２次コイル１３ｂの第１端には、第１整流ダイオードＤａのアノードが接続され、２次コイル１３ｂの第２端には、第２整流ダイオードＤｂのアノードが接続されている。第１整流ダイオードＤａのアノードには、第５スイッチＱ５のソースが接続され、第１整流ダイオードＤａのカソードには、第５スイッチＱ５のドレインが接続されている。第２整流ダイオードＤｂのアノードには、第６スイッチＱ６のソースが接続され、第２整流ダイオードＤｂのカソードには、第６スイッチＱ６のドレインが接続されている。第１整流ダイオードＤａのカソードには、第１電気経路１５ａを介して第１出力端子Ｃｏ１が接続されている。中間タップＭｔには、第２電気経路１５ｂを介して第２出力端子Ｃｏ２が接続されている。なお、各整流ダイオードＤａ，Ｄｂは、各スイッチＱ５，Ｑ６のボディダイオードであってもよいし、各スイッチＱ５，Ｑ６に対して外付けされたダイオードであってもよい。
【００２９】
電力変換装置１０は、第１，第２電気経路１５ａ，１５ｂにおいて整流部１４及び各出力端子Ｃｏ１，Ｃｏ２の間に設けられたフィルタ回路１６を備えている。フィルタ回路１６は、リアクトル１６ａ及びコンデンサ１６ｂを備えるＬＣフィルタである。リアクトル１６ａの第１端には、第１整流ダイオードＤａのカソードが接続され、リアクトル１６ａの第２端には、第１出力端子Ｃｏ１が接続されている。コンデンサ１６ｂの第１端には、第１電気経路１５ａのうちリアクトル１６ａの第２端よりも第１出力端子Ｃｏ１側が接続されている。コンデンサ１６ｂの第２端には、第２電気経路１５ｂが接続されている。
【００３０】
電力変換装置１０は、第１電圧検出部２０、第２電圧検出部２１及び１次電流検出部２２を備えている。第１電圧検出部２０は、第１，第２入力端子Ｃｉ１，Ｃｉ２から入力される電圧値を入力電圧値Ｖｉｎとして検出する。第２電圧検出部２１は、第１，第２出力端子Ｃｏ１，Ｃｏ２から出力される電圧値を出力電圧値Ｖｏｕｔとして検出する。１次電流検出部２２は、１次コイル１３ａに流れる電流値を１次電流値Ｉｔｒとして検出する。
【００３１】
電力変換装置１０は、各スイッチＱ１〜Ｑ６をオンオフ制御する制御装置５０を備えている。
【００３２】
制御装置５０は、指令電流算出部５１を備えている。指令電流算出部５１は、ＦＢ演算部５１ａ及びデジタルアナログコンバータ（以下「ＤＡＣ５１ｂ」と記載）を備えている。ＦＢ演算部５１ａは、第２電圧検出部２１により検出された出力電圧値Ｖｏｕｔを指令電圧値Ｖｒｅｆにフィードバック制御するための操作量として、指令電流値Ｉｒｅｆを算出する。なおＦＢ演算部５１ａにおけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御であればよい。
【００３３】
ＤＡＣ５１ｂは、デジタル信号としての指令電流値Ｉｒｅｆをアナログ信号としての指令電流値Ｉｄ１に変換して出力する。
【００３４】
制御装置５０は、スロープ生成部５２、加算部５３、比較器５４、パルス生成部５５及びドライブ回路５６を備えている。
【００３５】
スロープ生成部５２は、１次電流検出部２２により検出された１次電流値Ｉｔｒを漸増させるためのスロープ信号Ｉｓｌｐを生成して出力する。スロープ信号Ｉｓｌｐは、鋸波のように、時間経過とともに変化し、所定周期ごとにリセットされる。加算部５３は、１次電流値Ｉｔｒとスロープ信号Ｉｓｌｐとを加算し、加算値を比較電流値Ｉｄ２として出力する。
【００３６】
比較器５４は、加算部５３から出力された比較電流値Ｉｄ２と、ＤＡＣ５１ｂから出力された指令電流値Ｉｄ１との大小比較に基づいて、パルス信号である比較信号ΔＩを出力する。比較器５４は、比較電流値Ｉｄ２が指令電流値Ｉｄ１を超えた場合、論理Ｈの比較信号ΔＩを出力する。
【００３７】
パルス生成部５５は、比較器５４から出力された比較信号ΔＩに基づいて、各スイッチＱ１〜Ｑ６をオンオフするためのパルス幅変調信号である各制御信号Ｇ１〜Ｇ６を生成して出力する。ドライブ回路５６は、パルス生成部５５から出力された各制御信号Ｇ１〜Ｇ６を増幅して各スイッチＱ１〜Ｑ６に出力する。
【００３８】
続いて図２を用いて、パルス生成部５５及びドライブ回路５６について説明する。
【００３９】
パルス生成部５５は、基準波生成部５５ａ、第１ＮＯＴ回路５５ｂ及び第１デッドタイム生成部５５ｃを備えている。ドライブ回路５６は、第１〜第４駆動部５６ａ〜５６ｄを備えている。
【００４０】
基準波生成部５５ａは、基準となるクロック信号ＭＣを生成して出力する。クロック信号ＭＣの周期は、各スイッチＱ１〜Ｑ６のスイッチング周期Ｔｓｗと一致している。本実施形態において、クロック信号ＭＣのデューティ比は一定値（例えば５０％）に設定されている。
【００４１】
第１ＮＯＴ回路５５ｂは、クロック信号ＭＣの論理反転信号を出力する。第１デッドタイム生成部５５ｃは、クロック信号ＭＣの論理がＨに切り替わるタイミングをデッドタイムＤＴ遅らせたタイミングから、クロック信号ＭＣの論理がＬに切り替わるタイミングまでの期間に渡って第１スイッチＱ１をオン制御する第１制御信号Ｇ１を生成する。第１デッドタイム生成部５５ｃは、クロック信号ＭＣの論理反転信号の論理がＨに切り替わるタイミングをデッドタイムＤＴ遅らせたタイミングから、上記論理反転信号の論理がＬに切り替わるタイミングまでの期間に渡って第３スイッチＱ３をオン制御する第３制御信号Ｇ３を生成する。
【００４２】
第１駆動部５６ａは、第１制御信号Ｇ１に基づいて第１スイッチＱ１をオンオフ制御し、第３制御信号Ｇ３に基づいて第３スイッチＱ３をオンオフ制御する。
【００４３】
パルス生成部５５は、トグル回路部５５ｄ、第２ＮＯＴ回路５５ｅ及び第２デッドタイム生成部５５ｆを備えている。トグル回路部５５ｄは、比較器５４から出力された比較信号ΔＩが論理Ｌから論理Ｈに切り替わるたびに、論理を反転させたトグル信号ＴＣを出力する。トグル回路部５５ｄは、例えば、現在出力しているトグル信号ＴＣの論理がＨの場合、比較信号ΔＩが論理Ｌから論理Ｈに切り替わると、論理Ｌのトグル信号ＴＣを出力する。なおトグル回路部５５ｄとしては、例えばＴフリップフロップが用いられればよい。
【００４４】
第２ＮＯＴ回路５５ｅは、トグル信号ＴＣの論理反転信号を出力する。第２デッドタイム生成部５５ｆは、トグル信号ＴＣの論理がＨに切り替わるタイミングをデッドタイムＤＴ遅らせたタイミングから、トグル信号ＴＣの論理がＬに切り替わるタイミングまでの期間に渡って第２スイッチＱ２をオン制御する第２制御信号Ｇ２を生成する。第２デッドタイム生成部５５ｆは、トグル信号ＴＣの論理反転信号の論理がＨに切り替わるタイミングをデッドタイムＤＴ遅らせたタイミングから、上記論理反転信号の論理がＬに切り替わるタイミングまでの期間に渡って第４スイッチＱ４をオン制御する第４制御信号Ｇ４を生成する。
【００４５】
第２駆動部５６ｂは、第２制御信号Ｇ２に基づいて第２スイッチＱ２をオンオフ制御し、第４制御信号Ｇ４に基づいて第４スイッチＱ４をオンオフ制御する。
【００４６】
パルス生成部５５は、遅延時間算出部５５ｇ、補正値算出部５７及び遅延信号生成部５８を備えている。遅延時間算出部５５ｇは、遅延時間τを算出する。本実施形態において遅延時間τは、第４スイッチＱ４がオフされてから第５スイッチＱ５がオフされるまでの時間、及び第２スイッチＱ２がオフされてから第６スイッチＱ６がオフされるまでの時間である。遅延時間τは、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６をドレイン側からソース側へと電流が逆流することを防止する観点から設定される。
【００４７】
遅延時間算出部５５ｇは、指令電流値Ｉｄ１が電流閾値Ｘｔｈ以上となる連続モードである場合、遅延時間τをその最大値に設定する。ただしこの場合、遅延時間τは、第３スイッチＱ３が次回オンされるまでに第５スイッチＱ５がオフされ、第１スイッチＱ１が次回オンされるまでに第６スイッチＱ６がオフされるように設定される。
【００４８】
遅延時間算出部５５ｇは、指令電流値Ｉｄ１が電流閾値Ｘｔｈよりも小さい不連続モードである場合、入力電圧値Ｖｉｎ、出力電圧値Ｖｏｕｔ及びオン時間Ｔｏｎに基づいて遅延時間τを算出する。本実施形態において、オン時間Ｔｏｎは、第１スイッチＱ１及び第４スイッチＱ４の双方がオンされる時間、又は第２スイッチＱ２及び第３スイッチＱ３の双方がオンされる時間である。遅延時間算出部５５ｇは、例えば、下式（ｅｑ１）に基づいて遅延時間τを算出すればよい。なお下式（ｅｑ１）において、Ｌａはリアクトル１６ａのインダクタンスを示す。
【００４９】
【数１】
2018182882.tif 000003
補正値算出部５７は、補正時間Ｔαを算出する。なお補正値算出部５７については、後に詳述する。遅延信号生成部５８は、比較器５４から出力された比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わるタイミングから、遅延時間τから補正時間Ｔαを減算した時間だけ経過したタイミングで、論理Ｈのパルス信号である遅延信号ΔＩｄを出力する。
【００５０】
パルス生成部５５は、第１ＲＳフリップフロップ５５ｈ及び第２ＲＳフリップフロップ５５ｉを備えている。第１ＲＳフリップフロップ５５ｈのセット入力端子Ｓには、第１制御信号Ｇ１が入力され、リセット入力端子Ｒには、遅延信号生成部５８から出力される遅延信号ΔＩｄが入力される。第１ＲＳフリップフロップ５５ｈの出力端子Ｑから出力される信号が、第５スイッチＱ５を制御する第５制御信号Ｇ５となる。第３駆動部５６ｃは、第５制御信号Ｇ５に基づいて第５スイッチＱ５をオンオフ制御する。
【００５１】
第２ＲＳフリップフロップ５５ｉのセット入力端子Ｓには、第３制御信号Ｇ３が入力され、リセット入力端子Ｒには、遅延信号ΔＩｄが入力される。第２ＲＳフリップフロップ５５ｉの出力端子Ｑから出力される信号が、第６スイッチＱ６を制御する第６制御信号Ｇ６となる。第４駆動部５６ｄは、第６制御信号Ｇ６に基づいて第６スイッチＱ６をオンオフ制御する。なお本実施形態において、パルス生成部５５の各構成５５ａ〜５５ｉ、及び遅延信号生成部５８のうち後述する補正を行う構成以外の構成がスイッチ制御部に相当する。
【００５２】
ここで、遅延時間算出部５５ｇにより算出される遅延時間τが、逆流を防止するための適切な時間からずれ得る。時間がずれる要因には、第１電圧検出部２０及び第２電圧検出部２１の検出精度が経時変化によって低下することが含まれる。また、時間がずれる要因には、上式（ｅｑ１）において遅延時間τの算出に用いられるインダクタンスＬａが、リアクトル１６ａの実際のインダクタンスからずれることが含まれる。
【００５３】
そこで本実施形態では、適切な遅延時間τを算出するために、パルス生成部５５は、補正値算出部５７及び逆流検出部５９を備えている。
【００５４】
まず、図３を用いて逆流検出部５９について説明する。図３には、１次電流値Ｉｔｒ、リアクトル１６ａに流れる電流値であるリアクトル電流値ＩＬ及び比較信号ΔＩの推移を示す。なお図３において、１次電流値Ｉｔｒは、１次コイル１３ａの第１端から第２端へと流れる方向が正と定義され、リアクトル電流値ＩＬは、リアクトル１６ａの第１端から第２端へと流れる方向が正と定義されている。
【００５５】
逆流検出部５９は、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わる時刻ｔ１から、第３スイッチＱ３がオンされる時刻ｔ２までの第１判定期間Ｔａにおいて、１次電流値Ｉｔｒが低下して判定閾値Ｉｔｈよりも小さくなったと判定した場合、逆流が生じたことを検出する。図３には、第１判定期間Ｔａにおける判定閾値Ｉｔｈが０よりも小さい値に設定される例を示す。また逆流検出部５９は、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わる時刻ｔ３から、第１スイッチＱ１がオンされる時刻ｔ４までの第２判定期間Ｔｂにおいて、１次電流値Ｉｔｒが上昇して判定閾値Ｉｔｈよりも大きくなったと判定した場合、逆流が生じたことを検出する。図３には、第２判定期間Ｔｂにおける判定閾値Ｉｔｈが０よりも大きい値に設定される例を示す。ちなみに本実施形態では、第１判定期間Ｔａにおける判定閾値Ｉｔｈの絶対値と、第２判定期間Ｔｂにおける判定閾値Ｉｔｈの絶対値とが等しい値であるとする。
【００５６】
なお、判定閾値Ｉｔｈの絶対値は、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６の電流容量が大きかったり、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６の許容上限温度が高かったりするほど、大きい値に設定されればよい。本実施形態において、電流容量は、スイッチに流せる電流値の上限値のことである。また判定閾値Ｉｔｈは、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６の電流容量及び許容上限温度のうち少なくとも１つに基づいて設定されればよい。
【００５７】
続いて、補正値算出部５７について説明する。
【００５８】
補正値算出部５７は、逆流検出部５９から逆流が生じていない旨の情報を取得した場合、補正時間Ｔαを０として算出する。一方、補正値算出部５７は、逆流検出部５９から逆流が生じた旨の情報を取得した場合、図４に示す構成で補正時間Ｔαを算出する。
【００５９】
詳しくは、補正値算出部５７は、２次電流算出部５７ａ、指令時間算出部５７ｂ、時間偏差算出部５７ｃ及びフィードバック部５７ｄを備えている。
【００６０】
２次電流算出部５７ａは、判定閾値Ｉｔｈと、トランス１３の巻数比とに基づいて、リアクトル電流推定値Ｉａを算出する。本実施形態において、リアクトル電流推定値Ｉａは、１次コイル１３ａに流れる電流値が判定閾値Ｉｔｈとなる場合に想定されるリアクトル電流値である。
【００６１】
指令時間算出部５７ｂは、リアクトル電流推定値Ｉａ、リアクトル１６ａのインダクタンスＬａ及び出力電圧値Ｖｏｕｔに基づいて、指令時間Ｔｒｅｆを算出する。指令時間算出部５７ｂは、例えば下式（ｅｑ２）に基づいて指令時間Ｔｒｅｆを算出すればよい。
【００６２】
【数２】
2018182882.tif 000004
時間偏差算出部５７ｃは、フィードバック部５７ｄで算出された補正時間Ｔαを、指令時間算出部５７ｂで算出された指令時間Ｔｒｅｆから減算することで、時間偏差ΔＴを算出する。
【００６３】
フィードバック部５７ｄは、時間偏差ΔＴを０にフィードバック制御するための操作量として、補正時間Ｔαを算出する。なおフィードバック部５７ｄにおけるフィードバック制御は、例えば比例積分制御であればよい。
【００６４】
ちなみに補正時間Ｔαは、制御装置５０の起動時に初期化されてもよい。この場合、制御装置５０が前回起動された後に算出された補正時間Ｔαが、今回の起動後に用いられることを防止できる。また本実施形態において、補正値算出部５７と、遅延信号生成部５８のうち補正処理を行う構成とが補正部に相当する。
【００６５】
図５に、本実施形態に係る遅延時間τの補正処理の一例を示す。図５は、クロック信号ＭＣ、各スイッチＱ１〜Ｑ６、高圧蓄電池３０から変換回路１２への入力電流値Ｉｉｎ、リアクトル電流値ＩＬ、比較信号ΔＩ及び遅延信号ΔＩｄの推移を示すタイムチャートである。
【００６６】
図５に示す例では、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わって第４スイッチＱ４がオフされる時刻ｔ１から、第３スイッチＱ３がオンされる時刻ｔ３までの第１判定期間Ｔａにおいて、１次電流値Ｉｔｒが低下して判定閾値Ｉｔｈよりも小さくなり、逆流が生じたと判定される。このため、第３スイッチＱ３がオンされる時刻ｔ３から第１スイッチＱ１がオンされる時刻ｔ６までの期間において用いられる遅延時間τが短縮されるように補正される。時刻ｔ４〜ｔ５で示す時間は、短縮された遅延時間「τ−Ｔα」である。比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わる時刻ｔ４から遅延時間「τ−Ｔα」経過したタイミングである時刻ｔ５において、遅延信号ΔＩｄの論理がＨに切り替わる。これにより、リアクトル電流値ＩＬが０又は略０となるタイミングで第６スイッチＱ６がオフされる。
【００６７】
また図５に示す例では、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わって第２スイッチＱ２がオフされる時刻ｔ４から、第１スイッチＱ１がオンされる時刻ｔ６までの第２判定期間Ｔｂにおいて、１次電流値Ｉｔｒが上昇して判定閾値Ｉｔｈよりも大きくなり、逆流が生じたと判定される。このため、第１スイッチＱ１がオンされる時刻ｔ６から第３スイッチＱ３がオンされる時刻ｔ９までの期間において用いられる遅延時間τが短縮されるように補正される。時刻ｔ７〜ｔ８で示す時間は、短縮された遅延時間「τ−Ｔα」である。比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わる時刻ｔ７から遅延時間「τ−Ｔα」経過したタイミングである時刻ｔ８において、遅延信号ΔＩｄの論理がＨに切り替わる。これにより、リアクトル電流値ＩＬが０又は略０となるタイミングで第５スイッチＱ５がオフされる。
【００６８】
以上詳述した本実施形態では、整流部１４において出力端子Ｃｏ１，Ｃｏ２側から２次コイル１３ｂ側への電流の逆流が生じたと逆流検出部５９により判定された場合、パルス生成部５５は、逆流が生じなくなるように第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６のオフタイミングを補正した。これにより、同期整流が行われる場合に整流部１４で発生する損失の低減効果の低下を抑制できる。
【００６９】
なお、遅延時間算出部５５ｇにより算出された遅延時間τが、適切な遅延時間に対して短くなることもあり得る。この場合、リアクトル電流値ＩＬが０となるタイミングに対して過度に早いタイミングで第５スイッチＱ５又は第６スイッチＱ６がオフされ、同期整流による損失低減効果が低下し得る。このような場合であっても、本実施形態によれば、補正時間Ｔαが負の値として算出され、遅延時間τが長くされるように補正される。その結果、リアクトル電流値ＩＬが０又は略０となるタイミングで第５スイッチＱ５又は第６スイッチＱ６をオフさせることができる。
【００７０】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、逆流判定手法を変更する。
【００７１】
図６に、本実施形態に係る電力変換システムを示す。なお図６において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７２】
電力変換装置１０は、リアクトル１６ａに流れる電流値をリアクトル電流値ＩＬとして検出するリアクトル電流検出部２３と、リアクトル１６ａの端子間電圧をリアクトル電圧値ＶＬとして検出する第３電圧検出部２４とを備えている。リアクトル電圧値ＶＬは、逆流検出部５９に入力される。リアクトル電流値ＩＬは、補正値算出部５７に入力される。なお本実施形態において、リアクトル電圧値ＶＬは、リアクトル１６ａの第２端に対して第１端の電位が高い場合が正と定義されている。
【００７３】
続いて、本実施形態に係る逆流検出部５９について説明する。
【００７４】
逆流検出部５９は、第１判定期間Ｔａにおいて、リアクトル電圧値ＶＬが低下して判定閾値Ｖｔｈよりも小さくなったと判定した場合、逆流が生じたと判定する。なお、第１判定期間Ｔａにおける判定閾値Ｉｔｈは、例えば０よりも小さい値に設定されればよい。また逆流検出部５９は、第２判定期間Ｔｂにおいて、リアクトル電圧値ＶＬが上昇して判定閾値Ｖｔｈよりも大きくなったと判定した場合、逆流が生じたと判定する。なお、第２判定期間Ｔｂにおける判定閾値Ｖｔｈは、例えば０よりも大きい値に設定されればよい。
【００７５】
続いて、図７を用いて本実施形態に係る補正値算出部５７について説明する。
【００７６】
補正値算出部５７は、乗算部５７ｅ、時間偏差算出部５７ｃ及びフィードバック部５７ｄを備えている。
【００７７】
乗算部５７ｅは、判定閾値Ｖｔｈ、リアクトル１６ａのインダクタンスＬａ及びリアクトル電流値ＩＬに基づいて、指令時間Ｔｒｅｆを算出する。本実施形態において、乗算部５７ｅは、下式（ｅｑ３）に基づいて指令時間Ｔｒｅｆを算出する。乗算部５７ｅにより算出された指令時間Ｔｒｅｆは、時間偏差算出部５７ｃに入力される。
【００７８】
【数３】
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以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図８に示すように、パルス生成部５５は、遅延時間算出部５５ｇ及び遅延信号生成部５８に代えて、マスク処理部６０を備えている。なお図８において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８０】
マスク処理部６０は、マスク信号Ｉｍｓｋを生成して出力する。出力されたマスク信号Ｉｍｓｋは、第１ＲＳフリップフロップ５５ｈ及び第２ＲＳフリップフロップ５５ｉそれぞれのリセット入力端子Ｒに入力される。マスク信号Ｉｍｓｋは、第５スイッチＱ５又は第６スイッチＱ６のオフを指示するための信号である。
【００８１】
図９に、マスク処理部６０における処理のブロック図を示す。
【００８２】
励磁電流算出部６０ａは、トランス１３の励磁電流相当値ΔＩｍを算出する。励磁電流相当値ΔＩｍは、トランス１３の励磁電流値又はその相関値として定義される。励磁電流算出部６０ａは、例えば、入力電圧値Ｖｉｎ、出力電圧値Ｖｏｕｔ、トランス１３の励磁インダクタンスＬｍ及びオン時間Ｔｏｎの中から選択したパラメータに基づいて、励磁電流相当値ΔＩｍを算出する。本実施形態において、励磁電流算出部６０ａは、入力電圧値Ｖｉｎ、励磁インダクタンスＬｍ及びオン時間Ｔｏｎに基づいて励磁電流相当値ΔＩｍを算出する。励磁電流相当値ΔＩｍは、例えば、「Ｖｉｎ／Ｌｍ×Ｔｏｎ」、又は「Ｖｉｎ／Ｌｍ×Ｔｏｎ／２」以上であってかつ「Ｖｉｎ／Ｌｍ×Ｔｏｎ」未満の値として算出されればよい。
【００８３】
なお、第１，第２電圧検出部２０，２１の故障等により入力電圧値Ｖｉｎ，出力電圧値Ｖｏｕｔが不定となる場合には、適切な励磁電流相当値ΔＩｍを算出できないおそれがある。このため、不定となる場合、入力電圧値Ｖｉｎとして想定される最大値Ｖｉｍａｘ、出力電圧値Ｖｏｕｔとして想定される最大値Ｖｏｍａｘに基づいて、励磁電流相当値ΔＩｍが算出されればよい。
【００８４】
デジタルアナログコンバータ６０ｂは、デジタル信号としての励磁電流相当値ΔＩｍをアナログ信号に変換して出力する。
【００８５】
信号生成部６０ｃは、１次電流値Ｉｔｒの絶対値と、デジタルアナログコンバータ６０ｂから出力された励磁電流相当値ΔＩｍとの大小を比較してマスク信号Ｉｍｓｋを出力する。詳しくは、信号生成部６０ｃは、第４スイッチＱ４がオフされてから第３スイッチＱ３がオンされるまでの期間において、１次電流値Ｉｔｒの絶対値が励磁電流相当値ΔＩｍよりも小さくなる場合に論理Ｈのマスク信号Ｉｍｓｋを出力する。また、信号生成部６０ｃは、第２スイッチＱ２がオフされてから第１スイッチＱ１がオンされるまでの期間において、１次電流値Ｉｔｒの絶対値が励磁電流相当値ΔＩｍよりも小さくなる場合に論理Ｈのマスク信号Ｉｍｓｋを出力する。
【００８６】
励磁電流算出部６０ａは、逆流検出部５９から逆流が生じた旨の情報を取得した場合、励磁電流相当値ΔＩｍを補正する処理を行う。詳しくは、励磁電流算出部６０ａは、補正時間Ｔαが長いほど、第５スイッチＱ５又は第６スイッチＱ６のオフタイミングを早める必要があるため、算出した励磁電流相当値ΔＩｍを増大補正する。これにより、１次電流値Ｉｔｒの絶対値が低下して励磁電流相当値ΔＩｍを下回るタイミングが早くなり、マスク信号Ｉｍｓｋの論理がＨに切り替わるタイミングが早くなる。その結果、第５スイッチＱ５又は第６スイッチＱ６のオフタイミングが早まり、逆流を防止できる。
【００８７】
図１０に、本実施形態に係る補正処理の一例を示す。図１０は、クロック信号ＭＣ、各スイッチＱ１〜Ｑ６、入力電流値Ｉｉｎ、リアクトル電流値ＩＬ、比較信号ΔＩ及びマスク信号Ｉｍｓｋの推移を示すタイムチャートである。
【００８８】
図１０に示す例では、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わって第４スイッチＱ４がオフされる時刻ｔ１から、第３スイッチＱ３がオンされる時刻ｔ３までの第１判定期間Ｔａにおいて、逆流が生じたと判定される。このため、補正時間Ｔαに基づいて励磁電流相当値ΔＩｍが補正される。そして、１次電流値Ｉｔｒの絶対値が補正された励磁電流相当値ΔＩｍよりも小さくなる時刻ｔ２〜ｔ３において、論理Ｈのマスク信号Ｉｍｓｋが出力される。このため、第５スイッチＱ５が時刻ｔ２においてオフされる。なお、時刻ｔ１〜ｔ２の時間が、上記第１実施形態の遅延時間τに相当する。励磁電流相当値ΔＩｍが補正されることにより、マスク信号Ｉｍｓｋの論理がＨに切り替わるタイミングが補正され、遅延時間τが補正される。
【００８９】
また図１０に示す例では、比較信号ΔＩの論理がＨに切り替わって第２スイッチＱ２がオフされる時刻ｔ４から、第１スイッチＱ１がオンされる時刻ｔ６までの第２判定期間Ｔｂにおいて、１次電流値Ｉｔｒが上昇して判定閾値Ｉｔｈよりも大きくなり、逆流が生じたと判定される。このため、補正時間Ｔαに基づいて励磁電流相当値ΔＩｍが補正される。そして、１次電流値Ｉｔｒの絶対値が補正された励磁電流相当値ΔＩｍよりも小さくなる時刻ｔ５〜ｔ６において、論理Ｈのマスク信号Ｉｍｓｋが出力される。このため、第６スイッチＱ６が時刻ｔ５においてオフされる。なお、時刻ｔ４〜ｔ５の時間が、上記第１実施形態の遅延時間τに相当する。
【００９０】
以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００９２】
・逆流したか否かの判定に用いる判定パラメータとしては、１次電流値Ｉｔｒ及びリアクトル電圧値ＶＬに代えて、例えば、１次コイル１３ａの端子間電圧値、２次コイル１３ｂに流れる電流値、２次コイル１３ｂの端子間電圧、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６に流れる電流値，端子間電圧値、及びリアクトル電流値ＩＬのいずれかの検出値が用いられてもよい。また、判定パラメータとしては、１次電流値Ｉｔｒ、リアクトル電圧値ＶＬ、１次コイル１３ａの端子間電圧値、２次コイル１３ｂに流れる電流値、２次コイル１３ｂの端子間電圧、第５，第６スイッチＱ５，Ｑ６に流れる電流値，端子間電圧値、及びリアクトル電流値ＩＬのうち少なくとも１つ以上が用いられてもよい。
【００９３】
・上記第１，第２実施形態において、不連続モードにおける遅延時間τは、例えば、リアクトル電流値ＩＬ、クロック信号ＭＣのデューティ比、スイッチング周期Ｔｓｗ及び指令電流値Ｉｒｅｆのうち少なくとも１つに基づいて算出されてもよい。また、スイッチング周期Ｔｓｗに代えて、スイッチング周波数ｆｓ（＝１／Ｔｓｗ）が用いられてもよい。
【００９４】
・上記第１実施形態では、図４に示すように、補正時間Ｔαがリニアに変更される構成が用いられたがこれに限らない。例えば、逆流が生じたと判定された場合、補正時間Ｔαがステップ状に変更される構成が用いられてもよい。
【００９５】
・上記第１実施形態において、判定閾値Ｉｔｈが例えば０に設定されていてもよい。
【００９６】
・電力変換回路としては、図１に示した構成に限らず、例えば上記特許文献１の図１０に記載の構成であってもよい。この場合、スイッチ回路は１つの入力側スイッチを有することとなる。なお、整流部１４についても、１つの出力側スイッチを備えるものであってもよい。
【００９７】
また電力変換回路としては、降圧コンバータに限らず、昇圧コンバータ又は昇降圧コンバータであってもよい。また電力変換回路としては、トランスを備える絶縁型のものに限らず、トランスを備えない非絶縁型のものであってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０…電力変換装置、１２…変換回路、１３…トランス、１４…整流部、５０…制御装置。
【図１】
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【図２】
2018182882.tif 000007
【図３】
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【図４】
2018182882.tif 000009
【図５】
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【図６】
2018182882.tif 000011
【図７】
2018182882.tif 000012
【図８】
2018182882.tif 000013
【図９】
2018182882.tif 000014
【図１０】
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