(57)【要約】【課題】短い演算処理時間と高い演算精度で出力電流を求めることができる電圧変換装置および出力電流演算方法を得る。【解決手段】入力電圧Ｖinを電圧変換して出力電圧Ｖoutを出力する電圧変換回路（入力平滑コンデンサＣin、スイッチング回路３、共振用インダクタＬｒ、トランス４、整流回路５、平滑回路６、およびＳＷ切換部７）と、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutと電圧変換回路の入力電流Ｉinとを含むｎ種類の検出値（ｎは３以上の自然数）を検出する検出手段（電圧検出回路２１，２３、電流検出回路２２）と、所定のパラメータセットを係数とする一元多項式にｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算を、ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとに繰り返すことにより、電圧変換回路の出力電流Ｉoutを求める演算回路（演算部９）とを備える。【選択図】図１
2011055602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を電圧変換して出力電圧を出力する電圧変換回路と、
前記入力電圧と前記出力電圧と前記電圧変換回路の入力電流とを含むｎ種類の検出値（ｎは３以上の自然数）を検出する検出手段と、
所定のパラメータセットを係数とする一元多項式に前記ｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算処理を、前記ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとに繰り返し、最終段の演算の結果を前記電圧変換回路の出力電流として求める演算回路と
を備えた電圧変換装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記入力電圧、前記出力電圧および前記入力電流からなる３種類の検出値を検出し、
前記演算回路は、
第１のパラメータセットを係数とする第１の一元多項式に前記３種類の検出値のうちの第１の検出値を代入することにより、次段の第２のパラメータセットを求める第１の演算と、
前記第２のパラメータセットを係数とする第２の一元多項式に前記３種類の検出値のうちの第２の検出値を代入することにより、次段の第３のパラメータセットを求める第２の演算と、
前記第３のパラメータセットを係数とする第３の一元多項式に前記３種類の検出値のうちの第３の検出値を代入することにより、前記第３の一元多項式の値を求め、この値を前記出力電流として出力する第３の演算と
を行う
請求項１に記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記一元多項式はいずれも同じ次数のｍ次多項式（ｍは自然数）である
請求項１に記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記一元多項式はいずれもｍ次多項式（ｍは自然数）であり、これらのうち、少なくとも１つが異なる次数である
請求項１に記載の電圧変換装置。
【請求項５】
前記一元多項式は、より後段の演算における一元多項式の方が次数が高い
請求項４に記載の電圧変換装置。
【請求項６】
入力電圧を電圧変換して出力電圧を出力する電圧変換装置に適用される方法であって、
前記入力電圧と前記出力電圧と前記電圧変換装置への入力電流とを含むｎ種類の検出値（ｎは３以上の自然数）を検出し、
所定のパラメータセットを係数とする一元多項式に前記ｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算処理を、前記ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとに繰り返し、最終段の演算の結果を前記電圧変換回路の出力電流として求める
電圧変換装置の出力電流演算方法。
【請求項７】
繰り返し行う前記演算処理のうちの、初回の演算処理において用いる前記所定のパラメータセットである初期パラメータセットを求めるステップは、
前記入力電圧と前記出力電圧と前記電圧変換装置への入力電流とを含むｎ種類の実測値（ｎは３以上の自然数）と、前記電圧変換装置の出力電流の実測値との組み合わせを複数組分取得する実測値取得ステップと、
前記出力電流の実測値を、前記ｎ種類の実測値のうちの一の実測値の関数である初段の一元多項式によって表した場合におけるその一元多項式の係数を求め、これを次段のパラメータセットとして設定する初段演算ステップと、
前段の演算ステップにより得られたパラメータセットを、前記ｎ種類の実測値のうちの他の一の実測値の関数である一元多項式によって表した場合におけるその一元多項式の係数を求め、これを次段のパラメータセットとして設定する後続段演算ステップと
を含み、
前記初段演算ステップを実行したのち、前記後続段演算ステップを繰り返すことにより、最終段の演算における一元多項式の係数を求め、これを前記初期パラメータセットとする
請求項６に記載の電圧変換装置の出力電流演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された電圧を電圧変換して出力電圧を出力する電圧変換装置に係わり、特に、出力電流を検出可能な電圧変換装置およびその出力電流演算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車にはＣＡＮ（Control Area Network）に代表される車内ＬＡＮ（Local Area Network）が搭載されるようになり、自動車の各機能はＥＣＵ（Electric Control Unit）によって電子制御されている。ハイブリッド車などに搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）もこの車内ＬＡＮに接続され、入出力電圧や入出力電流、内部温度などの状態がＥＣＵにより詳細に監視されている。よって、車載のＤＣ／ＤＣコンバータは、これらの状態を精度よく検出する必要がある。
【０００３】
一方で、近年、車載のＤＣ／ＤＣコンバータは大電力化が進み、その出力電流の定格は２００Ａにも達する。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出する目的で、出力に電流検出器を設けた場合には、その抵抗成分がたとえわずかであっても、大きな電力損失が生じ、その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率を悪化させてしまうという問題があった。
【０００４】
ところで、電源の出力電流の大雑把な量を、電源の出力に直接電流検出器を挿入することなく把握する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２など）。特許文献１では、複数のスイッチング電源を並列接続して動作させる場合において、各電源の出力電流がほぼ同じになるように制御する目的で、各電源の入力電流を検出し、これを基に各電源をそれぞれ別々に制御する方法が提案されている。また、特許文献２では、スイッチング電源の効率を、その出力電流の大小に係らず高く維持する目的で、電源の入力電流を検出し、これを基に電源の駆動方法を制御する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５９３４４号公報
【特許文献２】特開２００７−６８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、出力電流を高精度で検出する目的では、入力電圧、出力電圧、および入力電流を検出し、これらに基づいてルックアップテーブル（ＬＵＴ；Look-Up Table）を用いて出力電流を得る演算方法が考えられる。この方法では、ルックアップテーブルに、様々な入力電圧、出力電圧、および入力電流の組み合わせにおける出力電流を、テーブルデータとしてあらかじめ記憶しておき、検出された入力電圧、出力電圧、および入力電流に基づいて、このテーブルデータを検索し、これらの検出値と一番近い条件における出力電流を選択することにより、出力電流を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、この演算方法は、ルックアップテーブルに記録されているテーブルデータから出力電流を選択するものであるため、その出力電流値が量子化されていることに起因して、得られた出力電流値は、条件によっては誤差をもつこととなり、演算精度が低くなるおそれがある。演算精度を高くするためには、ルックアップテーブルのデータを増やし、テーブルの出力電流値をより細かく量子化する必要がある。このため、ルックアップテーブルを格納するためのメモリ容量が膨大となり、回路規模が大きくなる。また、入力電圧、出力電圧および入力電流の実測値と出力電流の実測値との組み合わせについて膨大な数の計測データを必要とするので、設計段階で予めルックアップテーブルを作製する際の計測に要する手間と時間が大きくなり、コストアップを招くおそれもある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、設計コストを抑えつつ、簡易でコンパクトな構成でありながら高い演算精度で出力電流を求めることができる電圧変換装置およびその出力電流演算方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電圧変換装置は、電圧変換回路と、ｎ種類の検出値の検出手段と、演算回路とを備えている。ここで、電圧変換回路は、入力電圧を電圧変換して出力電圧を出力するものである。ｎ種類の検出値は、少なくとも、電圧変換回路の入力電圧、出力電圧、および入力電流という３つの物理量の検出値を含むものである。但し、ｎは３以上の自然数であり、上記の３つ以外の物理量の検出値を含んでいてもよい。演算回路は、所定のパラメータセットを係数とする一元多項式にｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算を、ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとに繰り返すことにより、電圧変換回路の出力電流を求めるものである。
【００１０】
本発明の電圧変換装置の出力電流演算方法は、入力電圧を電圧変換して出力電圧を出力する電圧変換装置に適用される方法であって、電圧変換装置の入力電圧と出力電圧と電圧変換装置への入力電流とを含むｎ種類の検出値（ｎは３以上の自然数）を検出し、所定のパラメータセットを係数とする一元多項式にそのｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算を、ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとに繰り返すことにより、電圧変換装置の出力電流を求めるようにしたものである。
【００１１】
本発明の電圧変換装置およびその出力電流演算方法では、入力電圧を電圧変換して出力電圧を出力する際、その入力電圧と出力電圧と電源変換回路への入力電流とを含むｎ種類の検出値が検出される。次に、所定のパラメータセットを係数とする一元多項式にそのｎ種類の検出値のうちの一の検出値を代入して次段の一元多項式のパラメータセットを求める演算が行われる。この演算は、ｎ種類の検出値のうち代入すべき検出値を順次入れ換えるごとにｎ回にわたって繰り返される。そして、この繰り返しによるｎ段階の演算の最終段における一元多項式の値が、電圧変換装置の出力電流の値を示すものとして得られる。このとき、最終段の演算における一元多項式に代入すべき検出値を、入力電流の検出値とするのが好ましい。
【００１２】
ｎが例えば３である場合、３種類の検出値は、入力電圧と出力電圧と入力電流とからなる。この場合、演算回路において、以下の３段階の演算が行われる。第１の演算では、第１のパラメータセットを係数とする第１の一元多項式に、この３種類の検出値のうちの第１の検出値を代入することにより、次段の第２のパラメータセットが求められる。第２の演算では、第２のパラメータセットを係数とする第２の一元多項式に、この３種類の検出値のうちの第２の検出値を代入することにより、次段の第３のパラメータセットが求められる。そして、第３の演算では、第３のパラメータセットを係数とする第３の一元多項式に、この３種類の検出値のうちの第３の検出値を代入することにより、第３の一元多項式の値が求められる。この値が出力電流として出力される。
【００１３】
一方、ｎが例えば４である場合、４種類の検出値は、例えば、入力電圧と出力電圧と入力電流と温度データとにより構成することができる。この場合、演算回路において、以下の４段階の演算が行われる。第１の演算では、第１のパラメータセットを係数とする第１の一元多項式に、この４種類の検出値のうちの第１の検出値を代入することにより、次段の第２のパラメータセットが求められる。第２の演算では、第２のパラメータセットを係数とする第２の一元多項式に、この４種類の検出値のうちの第２の検出値を代入することにより、次段の第３のパラメータセットが求められる。第３の演算では、第３のパラメータセットを係数とする第３の一元多項式に、この４種類の検出値のうちの第３の検出値を代入することにより、次段の第４のパラメータセットが求められる。そして、第４の演算では、第４のパラメータセットを係数とする第４の一元多項式に、この４種類の検出値のうちの第４の検出値を代入することにより、第４の一元多項式の値が求められる。この値が出力電流として出力される。
【００１４】
本発明の電圧変換装置およびその出力電流演算方法では、例えば、演算回路で用いられる一元多項式としていずれも同じ次数のｍ次多項式（ｍは自然数）を用いることができる。この場合、ｍが２であるのが好ましい。あるいは、例えば、演算回路で用いられる一元多項式としていずれもｍ次多項式（ｍは自然数）を用いると共に、これらのうち少なくとも１つについて、その次数が異なるようにしてもよい。この場合、より後段の演算で用いられる一元多項式の次数が、より前段の演算で用いられる一元多項式の次数よりも高くするのが好ましい。
【００１５】
本発明の電圧変換装置の出力電流演算方法では、初回段の演算処理において用いるパラメータセットである初期パラメータセットは、例えば、以下のようにして求めることが可能である。まず、実測値取得ステップにおいて、入力電圧と出力電圧と入力電流とを含むｎ種類の実測値（ｎは３以上の自然数）と、電圧変換装置の出力電流の実測値との組み合わせを複数組分取得する。次に、初段演算ステップにおいて、出力電流の実測値を、ｎ種類の実測値のうちの一の実測値の関数である初段の一元多項式によって表した場合における、その一元多項式の係数を求め、これを次段のパラメータセットとして設定する。続いて、後続段演算ステップを繰り返し行う。この後続段演算ステップでは、前段の演算ステップにより得られたパラメータセットを、ｎ種類の実測値のうちの他の一の実測値の関数である一元多項式によって表した場合におけるその一元多項式の係数を求め、これを次段のパラメータセットとして設定する。そして、最終段の演算によって求められた一元多項式の係数を、初期パラメータセットとして採用する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電圧変換装置および電圧変換装置の出力電流演算方法によれば、入力電圧と出力電圧と入力電流とを含むｎ種類の検出値に基づいて、一元多項式の演算をｎ段階繰り返すことにより出力電流を演算するようにしたので、設計コストを抑えつつ、簡易でコンパクトな構成でありながら高い演算精度で出力電流を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図２】図１に示した演算部の一構成例を表すブロック図である。
【図３】図１に示した電圧変換装置の基本動作の一状態について説明するための回路図である。
【図４】図１に示した電圧変換装置の基本動作の他の状態ついて説明するための回路図である。
【図５】図２に示した演算部の一動作例を表す流れ図である。
【図６】図５に示した演算部の一動作例に対応するフィッティングの方法を表す流れ図である。
【図７】電圧変換装置の演算精度を表すものであり、（Ａ）は図１に示した電圧変換装置の特性図であり、（Ｂ）は比較例に係る電圧変換装置の特性図である。
【図８】比較例に係る演算部の一構成例を表すブロック図である。
【図９】図８に示した演算部の一動作例を表す流れ図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る演算部の一動作例を表す流れ図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電圧変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図１２】図１１に示した演算部の一構成例を表すブロック図である。
【図１３】図１１に示した演算部の一動作例を表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
［構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電圧変換装置の回路構成例を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係る電圧変換装置の出力電流演算方法は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。電圧変換装置１は、いわゆるスイッチング電源装置であり、例えば降圧型の直流入力直流出力電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ）として機能し、高圧バッテリ１０側の入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力される直流の入力電圧Ｖinを電圧変換する（降圧する）ことにより、直流の出力電圧Ｖoutを生成すると共に、この出力電圧Ｖoutを出力端子Ｔ３、Ｔ４を介して低圧バッテリ９０へ供給するようになっている。この電圧変換装置１は、入力平滑コンデンサＣinと、電圧検出回路２１、２３と、電流検出回路２２と、スイッチング回路３と、共振用インダクタＬｒと、トランス４と、整流回路５と、平滑回路６と、ＳＷ切換部７、演算処理部８とを備えている。なお、高圧バッテリ１０は、２００Ｖから５００Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリであり、低圧バッテリ９０は、１２Ｖから１６Ｖ程度の電圧を蓄電するバッテリである。
【００２０】
入力平滑コンデンサＣinは、入力端子Ｔ１に接続された１次側高圧ラインＬ１Ｈと入力端子Ｔ２に接続された１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に配置されており、高圧バッテリ１０から入力端子Ｔ１、Ｔ２間に入力された直流の入力電圧Ｖinを平滑化するためのものである。
【００２１】
電圧検出回路２１は、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に配置されており、入力端子Ｔ１、Ｔ２間の入力電圧Ｖinを検出すると共に、この検出した入力電圧Ｖinに対応する検出信号ＳＶin1を演算処理部８へ出力するものである。このような電圧検出回路２１の具体的な回路構成としては、例えば、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に配置された分圧抵抗（図示せず）によって電圧を検出し、これに応じた電圧を生成するものなどが挙げられる。
【００２２】
電流検出回路２２は、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上において、入力端子Ｔ１と後述するスイッチング回路３との間に配置されており、この１次側高圧ラインＬ１Ｈ上を流れる入力電流Ｉinを検出すると共に、この検出した入力電流Ｉinに対応する検出信号ＳＩin1を演算処理部８へ出力するものである。このような電流検出回路２２の具体的な回路構成としては、例えばカレントトランスを含んだものが挙げられる。
【００２３】
スイッチング回路３は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を有しており、フルブリッジ型のインバータ回路を構成している。これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４はそれぞれ、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）や、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などにより構成される。ここでは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は全て、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。ここで、スイッチング素子ＳＷ１のゲートはＳＷ制御信号Ｓ１の信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子ＳＷ２のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインＬ１Ｈに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ２のゲートはＳＷ制御信号Ｓ２の信号ラインに接続され、ソースが１次側低圧ラインＬ１Ｌに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ１のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ３のゲートはＳＷ制御信号Ｓ３の信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子ＳＷ４のドレインに接続され、ドレインが１次側高圧ラインＬ１Ｈに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ４のゲートはＳＷ制御信号Ｓ４の信号ラインに接続され、ソースが１次側低圧ラインＬ１Ｌに接続され、ドレインがスイッチング素子ＳＷ３のソースに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ３のソースは、後述する共振用インダクタＬｒを介して後述するトランス４の１次側巻線４１の一端に接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１のソースは、この１次側巻線４１の他端に接続されている。スイッチング回路３はこのような構成により、後述するＳＷ切換部７から供給されるＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、直流の入力電圧Ｖinを交流電圧に変換するようになっている。なお、これらのＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれ、パルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）によるスイッチング駆動を行うための制御信号である。
【００２４】
共振用インダクタＬｒは、スイッチング素子ＳＷ１のソースと上記した１次側巻線４１との間に配置されており、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４内の寄生容量素子と共に所定のＬＣ共振回路を構成するためのものである。
【００２５】
トランス４は、磁芯４０と、互いに絶縁された１次側巻線４１および２次側巻線４２１、４２２を有している。このうち、２次側巻線４２１、４２２の一端同士はセンタタップＣＴで互いに接続され、さらに２次側ラインＬ２に接続されている。このトランス４は、スイッチング回路３によって生成された交流電圧を変圧し、２次側巻線４２１、４２２のそれぞれの両端子間に、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を発生するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、１次側巻線４１と２次側巻線４２１との巻数比、および１次側巻線４１と２次側巻線４２２との巻数比によってそれぞれ定まる。
【００２６】
整流回路５は、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６により同期整流する単相全波整流型の整流回路である。スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６はそれぞれ、例えばＭＯＳ−ＦＥＴや、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどにより構成される。ここでは、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６はともに、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されている。スイッチング素子ＳＷ５のゲートはＳＷ制御信号Ｓ５の信号ラインに接続され、ソースは出力端子Ｔ４を有する接地ラインＬＧに接続され、ドレインは２次側巻線４２２の２つの端子のうちセンタタップＣＴとは反対側の端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ６のゲートはＳＷ制御信号Ｓ６の信号ラインに接続され、ソースは接地ラインＬＧに接続され、ドレインが２次側巻線４２１の２つの端子のうちセンタタップＣＴとは反対側の端子に接続されている。なお、これらのＳＷ制御信号Ｓ５、Ｓ６はそれぞれ、パルス幅変調によるスイッチング駆動を行うための制御信号である。
【００２７】
平滑回路６は、チョークコイル６１と出力平滑コンデンサＣoutとを有している。チョークコイル６１は、２次側ラインＬ２と出力端子Ｔ３に接続された出力ラインＬＯとの間に挿入配置されている。出力平滑コンデンサＣoutは、出力ラインＬＯと接地ラインＬＧの間に挿入されている。この構成により、平滑回路６では、整流回路５で整流されセンタタップＣＴから出力される信号を平滑化して直流の出力電圧Ｖoutを生成し、これを出力端子Ｔ３、Ｔ４間に出力し、低圧バッテリ９０に給電するようになっている。
【００２８】
電圧検出回路２３は、出力ラインＬＯと接地ラインＬＧとの間に配置されており、出力端子Ｔ３、Ｔ４間の出力電圧Ｖoutを検出すると共に、この検出した出力電圧Ｖoutに対応する検出信号ＳＶout1をＳＷ切換部７へ出力するものである。このような電圧検出回路２３の具体的な回路構成としては、例えば、出力ラインＬＯと接地ラインＬＧとの間に配置された分圧抵抗（図示せず）によって電圧を検出し、これに応じた電圧を生成するものなどが挙げられる。
【００２９】
ＳＷ切換部７は、出力電圧Ｖoutに対応する検出信号ＳＶout1に基づいて、この出力電圧Ｖoutが一定値を保つように、ＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ６のパルス幅を変調するとともに、ＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４をスイッチング回路３に供給し、ＳＷ制御信号Ｓ５、Ｓ６を整流回路５に供給するものである。ＳＷ切換部７は、バッファ７１と、抵抗器Ｒ７２と、制御部７３と、トランス７６と、ＳＷ駆動部７７、７８とを有している。
【００３０】
バッファ７１は、電圧検出回路２３から出力される検出信号ＳＶout1に対してインピーダンス変換を行うことにより、検出信号ＳＶoutを出力するようになっている。抵抗器Ｒ７２は、バッファ７１から出力されるノイズを除去し、あるいは、サージ電圧、過電流などを制限することにより、バッファ７１および演算部９を保護する機能を有する。制御部７３は、入力された検出信号ＳＶoutに基づいて、ＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４の基となる制御信号Ｓ７４を生成し、トランス７６を介してＳＷ駆動部７７へ供給するとともに、ＳＷ制御信号Ｓ５、Ｓ６の基となる制御信号Ｓ７５を生成し、ＳＷ駆動部７８へ供給する機能を有する。ＳＷ駆動部７７は、トランス７６を介して供給された制御信号Ｓ７４に基づいてＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、スイッチング回路３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４へ供給するものである。ＳＷ駆動部７８は、供給された制御信号Ｓ７４に基づいてＳＷ制御信号Ｓ５、Ｓ６を生成し、整流回路５のスイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６へ供給するようになっている。
【００３１】
演算処理部８は、トランス８１１、８１２と、平滑回路８２１、８２２と、バッファ８３１、８３２と、抵抗器Ｒ８４１、Ｒ８４２と、演算部９とを有している。演算処理部８は、電圧検出回路２１から供給される検出信号ＳＶin1、電流検出回路２２から供給される検出信号ＳＩin1、およびＳＷ切換部７から供給される検出信号ＳＶoutに基づいて、演算処理を行い、電圧変換装置１の出力端子Ｔ３における出力電流Ｉoutを求め、その結果を出力端子Ｔ５から出力するものである。
【００３２】
なお、この演算処理部８の動作原理、すなわち、検出信号ＳＶin1と、検出信号ＳＩin1と、検出信号ＳＶoutとによって出力電流Ｉoutを演算するという動作原理は、以下の事実に基づくものである。つまり、電圧変換回路の出力電流Ｉoutは、一般に以下の式で表現することができる。
【００３３】
【数１】
2011055602.tif 000003
ここで、η（Ｖin,Ｖout,Ｉin）は電圧変換回路の効率であり、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutと入力電流Ｉinの関数である。
【００３４】
式（１）は、電圧変換回路の出力電流Ｉoutが、入力電圧Ｖinと、出力電圧Ｖoutと、入力電流Ｉinとによって表すことができることを意味している。この演算処理部８は、この式（１）に基づき、入力電圧Ｖinに係る検出信号ＳＶin1と、入力電流Ｉinに係る検出信号ＳＩin1と、出力電圧Ｖoutに係る検出信号ＳＶoutとによって、出力電流Ｉoutを求めるようになっている。なお、式（１）が適用できる電圧変換回路は、電圧変換装置１に示したようなスイッチング電源に限られるものではなく、例えば、チョッパ制御電源や、シリーズレギュレータ電源のような、他のタイプの直流入力直流出力電源であってもよい。さらに、式（１）が適用できる電圧変換回路は、直流入力直流出力電源に限られるものではなく、交流入力直流出力電源、直流入力交流出力電源、交流入力交流出力電源であってもよい。よって、演算処理部８の動作原理もまた、これらの全ての電源に対して適用することができる。
【００３５】
トランス８１１は、電流検出回路２２から供給される電流の検出信号ＳＩin1を低圧の信号に変圧して、平滑回路８２１へ出力する機能を有する。平滑回路８２１は、トランス８１１を介して供給された検出信号ＳＩin1に含まれる脈流を平滑化するための回路であり、例えば、抵抗器とコンデンサとを含むＬＰＦ（ローパス・フィルタ）などにより構成される。バッファ８３１は、平滑回路８２１から出力される検出信号ＳＩin1に対してインピーダンス変換を行うことにより、検出信号ＳＩinを出力するようになっている。抵抗器Ｒ８４１は、バッファ８３１から出力されるノイズを除去し、あるいは、サージ電圧、過電流などを制限することにより、バッファ８３１および演算部９を保護する機能を有する。
【００３６】
トランス８２１は、電圧検出回路２１から供給される電圧の検出信号ＳＶin1を低圧の信号に変圧して、平滑回路８２２へ出力する機能を有する。平滑回路８２２は、トランス８１２を介して供給された検出信号ＳＶin1に含まれる脈流を平滑化するための回路であり、例えば、抵抗器とコンデンサとを含むＬＰＦ（ローパス・フィルタ）などにより構成される。バッファ８３２は、平滑回路８２２から出力される検出信号ＳＶin1に対してインピーダンス変換を行うことにより、検出信号ＳＶinを出力するようになっている。抵抗器Ｒ８４２は、バッファ８３２から出力されるノイズを除去し、あるいは、サージ電圧、過電流などを制限することにより、バッファ８３２および演算部９を保護する機能を有する。
【００３７】
演算部９は、検出信号ＳＶinと、検出信号ＳＩinと、検出信号ＳＶoutとに基づいて出力電流Ｉoutを求める機能を有する。
【００３８】
図２は、演算部９のブロック図を表すものである。演算部９は、Ａ／Ｄ変換回路９１１〜９１３と、レジスタ９２１〜９２３、９５１〜９５３、９６と、不揮発性メモリ９３と、演算回路９４と、インターフェース部９７とを有する。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換回路９１１は、アナログの検出信号ＳＶinをデジタル信号に変換する回路であり、レジスタ９２１は、その結果を入力電圧コードＤＶinとして格納する。Ａ／Ｄ変換回路９１２は、アナログの検出信号ＳＶoutをデジタル信号に変換する回路であり、レジスタ９２２は、その結果を出力電圧コードＤＶoutとして格納する。Ａ／Ｄ変換回路９１３は、アナログの検出信号ＳIinをデジタル信号に変換する回路であり、レジスタ９２３は、その結果を入力電流コードＤIinとして格納する。不揮発性メモリ９３は、あらかじめ定められた演算用パラメータセットＤＰ（後述）が記憶される回路である。演算回路９４は、後述するように、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、入力電流コードＤIinと、演算用パラメータセットＤＰを用いて、演算により出力電流コードＣＩoutを求めるものである。さらに、演算回路９４は、詳細は後述するが、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、および入力電流コードＤIinを、物理量（入力電圧Ｖin、出力電圧Ｖout、入力電流Ｉin）との関係があらかじめ定義されている別のコード体系（フォーマット）を用いた入力電圧コードＣＶin、出力電圧コードＣＶout、および入力電流コードＣＩinにそれぞれ変換する（フォーマット変換）。レジスタ９５１〜９５３、９６は、これらの演算結果を格納する。すなわち、レジスタ９５１は入力電圧コードＣＶinを格納し、レジスタ９５２は出力電圧コードＣＶoutを格納し、レジスタ９５３は入力電流コードＣＩinを格納し、レジスタ９６は出力電流コードＣＩoutを格納する。これらのデータは、インターフェース部９７を介して、端子Ｔ５に接続された外部の装置とやりとりされる。この外部の装置は、例えば、この電圧変換装置１が属するシステム全体を制御する制御装置であり、この電圧変換装置１の状態（入出力電圧、入出力電流、温度など）をモニタする目的で、これらのデータを収集するものである。例えば、ＥＣＵが挙げられる。
【００４０】
なお、この例では、演算部９は、３つのＡ／Ｄ変換回路９１１〜９１３を有することとしているが、これに限定されるものではなく、例えば１つのＡ／Ｄ変換回路を時分割で動作させてもよい。また、この演算部９としては、例えば、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）などを用いることができる。さらに、演算部９と制御部７３、もしくは制御部７３の一部をマイクロコントローラ（ＭＣＵ）などで実現してもよい。
【００４１】
図１において、入力平滑コンデンサＣinと、スイッチング回路３と、共振用インダクタＬｒと、トランス４と、整流回路５と、平滑回路６と、ＳＷ切換部７は、本発明における「電圧変換回路」の一具体例に対応する。電圧検出回路２１、２３と、電流検出回路２２は、本発明における「ｎ種類の検出値を検出する検出手段」の一具体例に対応し、ｎが３である場合に対応している。また、演算部９は、本発明における「演算回路」の一具体例に対応する。
【００４２】
［動作および作用］
次に、本実施の形態の電圧変換装置１の動作および作用について説明する。
【００４３】
（電圧変換装置１の基本動作例）
まず最初に、図３および図４を参照して、電圧変換装置１の基本動作について説明する。図３および図４は、電圧変換装置１の基本動作を、回路図を用いて表すものである。なお、これらの図では、説明の便宜上、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を、その動作状態（オン状態もしくはオフ状態）を表すスイッチの形状で示している。
【００４４】
この電圧変換装置１では、スイッチング回路３において、高圧バッテリ１０から入力端子Ｔ１、Ｔ２を介して供給される直流の入力電圧Ｖinがスイッチング素子ＳＷ１〜４によってスイッチングされることにより、トランス４の１次側巻線４１の端子間に交流電圧が生成する。そしてトランス４ではこの交流電圧が変圧され、２次側巻線４２１、４２２から、変圧された交流電圧が出力される。
【００４５】
整流回路５では、トランス４から出力された交流電圧が、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６によって同期整流される。これにより、２次側ラインＬ２と接地ラインＬＧとの間に、整流出力が発生する。
【００４６】
平滑回路６では、この整流回路５において発生する整流出力が、チョークコイル６１と出力平滑コンデンサＣoutとによって平滑化され、出力端子Ｔ３、Ｔ４から直流の出力電圧Ｖoutとして出力される。そしてこの出力電圧Ｖoutは、低圧バッテリ９０に給電されてその充電に供されると共に、図示しない負荷が駆動される。
【００４７】
このとき、図３に示した動作状態と図４に示した動作状態とが、交互に繰り返される。  具体的には、まず、図３に示したように、スイッチング回路３のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４、および整流回路５のスイッチング素子ＳＷ６がオン状態になると共に、スイッチング回路３のスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、および整流回路５のスイッチング素子ＳＷ５がオフ状態になると、スイッチング素子ＳＷ１、トランス４の１次側巻線４１、共振用インダクタＬｒ、スイッチング素子ＳＷ４、高圧バッテリ１０および入力平滑コンデンサＣin、電流検出回路２２を順に通る、１次側ループ電流Ｉａ１が流れる。このとき、２次側では、スイッチング素子ＳＷ６、トランス４の２次側巻線４２１、チョークコイル６１、低圧バッテリ９０および出力平滑コンデンサＣoutを順に通る２次側ループ電流Ｉａ２が流れる。そしてこの２次側ループ電流Ｉａ２により、直流の出力電圧Ｖoutが低圧バッテリ９０に給電されると共に、図示しない負荷が駆動される。
【００４８】
次に、図４に示したように、スイッチング回路３のスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、および整流回路５のスイッチング素子ＳＷ５がオン状態になると共に、スイッチング回路３のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４、および整流回路５のスイッチング素子ＳＷ６がオフ状態になると、スイッチング素子ＳＷ３、共振用インダクタＬｒ、トランス４の１次側巻線４１、スイッチング素子ＳＷ２、高圧バッテリ１０および入力平滑コンデンサＣin、電流検出回路２２を順に通る、１次側ループ電流Ｉｂ１が流れる。このとき、２次側では、スイッチング素子ＳＷ５、トランス４の２次側巻線４２２、チョークコイル６１、低圧バッテリ９０および出力平滑コンデンサＣoutを順に通る２次側ループ電流Ｉｂ２が流れる。そしてこの２次側ループ電流Ｉｂ２により、直流の出力電圧Ｖoutが低圧バッテリ９０に給電されると共に、図示しない負荷が駆動される。
【００４９】
ＳＷ切換部７は、この出力電圧Ｖoutが一定値を保つように、ＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ６のパルス幅を変調するとともに、ＳＷ制御信号Ｓ１〜Ｓ４をスイッチング回路３に供給し、ＳＷ制御信号Ｓ５、Ｓ６を整流回路５に供給する。
【００５０】
演算処理部８は、電圧検出回路２１から供給される検出信号ＳＶin1を基に検出信号ＳＶinを生成し、電流検出回路２２から供給される検出信号ＳＩin1を基に検出信号ＳＩinを生成する。さらに、演算処理部８の演算部９は、検出信号ＳＶin、検出信号ＳＩin、およびＳＷ切換部７から供給される検出信号ＳＶoutに基づいて演算処理を行い、電圧変換装置１の出力端子Ｔ３の出力電流Ｉoutを求め、その結果をデジタルコードとして出力端子Ｔ５から出力する。
【００５１】
（演算部９の動作例）
次に、演算処理部８の演算部９における演算動作を説明する。
【００５２】
図５は、演算部９における演算動作の流れ図を表すものである。
【００５３】
まず、Ｓ１において、Ａ／Ｄ変換回路９１１〜９１３がアナログ入力電圧をデジタルコードにそれぞれ変換し、レジスタ９２１〜９２３はその結果を格納する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路９１１は、電圧変換装置１の入力電圧Ｖinの検出信号ＳＶinをデジタルコードに変換し、レジスタ９２１はその結果を入力電圧コードＤＶinとして格納する。Ａ／Ｄ変換回路９１２は、電圧変換装置１の出力電圧Ｖoutの検出信号ＳＶoutをデジタルコードに変換し、レジスタ９２２はその結果を出力電圧コードＤＶoutとして格納する。Ａ／Ｄ変換回路９１３は、電圧変換装置１の入力電流Ｉinの検出信号ＳIinをデジタルコードに変換し、レジスタ９２３はその結果を入力電流コードＤＩinとして格納する。
【００５４】
次に、Ｓ２において、演算回路９４は、あらかじめ格納されている演算用パラメータセットＤＰを、不揮発性メモリ９３から読み出す。演算用パラメータセットＤＰのパラメータの個数は、この例では２７個である。
【００５５】
次に、Ｓ３において、演算回路９４は、レジスタ９２２が格納している出力電圧コードＤＶoutと、Ｓ２にて読み込んだ演算用パラメータセットＤＰ（第１のパラメータセット）を基に、第１の演算を行う。第１の演算は、この第１のパラメータセットを係数とした、出力電圧コードＤＶoutに関する９つの一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４は、この演算の結果である９つのパラメータ（Ａａ〜Ｃｃ）からなる第２のパラメータセットを、演算回路９４内に格納する。
【００５６】
次に、Ｓ４において、演算回路９４は、レジスタ９２１が格納している入力電圧コードＤＶinと、Ｓ３によって求めた第２のパラメータセットを基に、第２の演算を行う。第２の演算は、この第２のパラメータセットを係数とした、入力電圧コードＤＶinに関する３つの一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４は、この演算の結果である３つのパラメータ（Ａ〜Ｃ）からなる第３のパラメータセットを、演算回路９４内に格納する。
【００５７】
次に、Ｓ５において、演算回路９４は、レジスタ９２３が格納している入力電流コードＤＩinと、Ｓ４によって求めた第３のパラメータセットを基に、第３の演算を行う。第３の演算は、この第３のパラメータセットを係数とした、入力電流コードＤＩinに関する一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４は、この演算の結果を、出力電流コードＣＩoutとしてレジスタ９６に格納する。
【００５８】
次に、Ｓ６において、演算回路９４は、レジスタ９２１が格納している入力電圧コードＤＶinと、レジスタ９２２が格納している出力電圧コードＤＶoutと、レジスタ９２３が格納している入力電圧コードＤＩinを基に、フォーマット変換を行う。ここで、フォーマット変換とは、例えば、入力電圧コードＤＶinを、あらかじめ定義されたデジタルコードと物理量（入力電圧Ｖin）との関係を利用してそのデジタルコードから元の物理量（入力電圧Ｖin）に簡単に変換できるような別のコード体系（フォーマット）を用いた入力電圧コードＣＶinへ、表現しなおすことを意味する。つまり、例えば、入力電圧コードＤＶinと電圧変換装置１の入力電圧Ｖinとの関係は、電圧検出回路２１や、トランス８２や、平滑回路８４や、バッファ８６などの特性で表現されるため、入力電圧コードＤＶinから直接入力電圧Ｖinを知ることはできない。そこで、これらの回路の特性を考慮して、入力電圧コードＤＶinを入力電圧コードＣＶinにフォーマット変換しておけば、入力電圧コードＣＶinから、定義された関係に基づいて簡単に入力電圧Ｖinを得ることができる。このようにして、演算回路９４は、入力電圧コードＤＶinを入力電圧コードＣＶinに変換し、出力電圧コードＤＶoutを出力電圧コードＣＶoutに変換し、入力電流コードＤＩinを入力電流コードＣＩinに変換する。これらのフォーマット変換の後、レジスタ９５１〜９５３はこれらの結果を格納する。すなわち、レジスタ９５１は入力電圧コードＣＶinを格納し、レジスタ９５２は出力電圧コードＣＶoutを格納し、レジスタ９５３は入力電流コードＣＩinを格納する。
【００５９】
以上で、演算は終了する。なお、レジスタ９５１〜９５３、９６に格納されたこれらのデータは、端子Ｔ５に接続された外部装置と、インターフェース部９７を介してやりとりされることとなる。
【００６０】
なお、上述した第１〜第３の演算をまとめて一つの演算式にすることも考えられる。具体的には、第１の演算（Ｓ３）の９つの式を第２の演算（Ｓ４）の３つの式に代入し、さらに、この代入された３つの式を第３の演算（Ｓ５）の式に代入することにより、一つの三元二次多項式にすることができる。しかし、この場合には、互いに次数の異なる多くの項を演算する必要があるなど、その演算が複雑になることに起因して、一般に演算の精度が悪化する。一方、上記実施の形態では、上述したように演算を３段階（第１〜第３の演算）にわけて行っており、それぞれは一元二次多項式の演算である。このように演算をシンプルにしたことにより、演算プログラムのソースコードの簡略化ができ、演算の精度が確保できるとともに、演算回路９４に要求される性能を、より低くすることができる。
【００６１】
（演算用パラメータセットＤＰの準備）
次に、不揮発性メモリ９３にあらかじめ記憶しておく演算用パラメータセットＤＰの準備について説明する。演算用パラメータセットＤＰは、入力電圧コードＤＶinと、出力電圧コードＤＶoutと、入力電流コードＤＩinと、出力電流Ｉoutとの間の関係についての多くの測定データを元に、フィッティングによって求めるものである。
【００６２】
図６は、演算用パラメータセットＤＰにおける演算動作の流れ図を表すものである。
【００６３】
まず、Ｓ１１において、フィッティングに用いる多くの測定データを収集する。測定データは、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、入力電流コードＤＩin、出力電流Ｉoutの４つを一組とし、入力電圧Ｖinや、出力電圧Ｖoutなどを様々な条件に設定し、その各条件において、これらのデータを収集する。そして、あらかじめ定義された出力電流Ｉoutとデジタルコードとの関係に基づき、出力電流Ｉoutを出力電流コードＣＩoutに変換する。
【００６４】
次に、Ｓ１２において、出力電流コードＣＩoutと入力電流コードＤＩinの関係に着目し、第１のフィッティングを実施する。第１のフィッティングは、出力電流Ｉoutが、入力電流コードＤＩinに関する一元二次多項式でよく近似できるように、その係数である３つのパラメータＡ〜Ｃからなるパラメータセットを求めるものである。なお、第１のフィッティングに用いる測定データは、Ｓ１１において得られた全ての測定データのうち、入力電圧コードＤＶinが互いに同程度であり、かつ出力電圧コードＤＶoutが互いに同程度である、複数の組から構成されるのが望ましい。
【００６５】
フィッティングの手法としては、例えば、最小二乗法を用いることができる。以下に、最小二乗法を使用した場合の第１のフィッティングについて説明する。
【００６６】
第１のフィッティングは、出力電流コードＣＩoutと入力電流コードＤＩinに関する２次式（図６のＳ１２に示す式の右辺）の差の二乗和Ｊ（次式）が最小になるような、３つのパラメータＡ〜Ｃを求めるものである。
【数２】
2011055602.tif 000004
ここで、インデックスｉは、フィッティングに用いる測定データの組のシリアル番号を示す。また、インデックスｎは、フィッティングに用いる測定データの組の全数を示す。
【００６７】
二乗和Ｊが最小になる３つのパラメータ（Ａ〜Ｃ）は、式（２）をこれらの３つのパラメータＡ〜Ｃで偏微分した結果がそれぞれ０（ゼロ）となるようなパラメータである。
【数３】
2011055602.tif 000005
ここで、１番目の式は、式（２）をパラメータＡで偏微分したものであり、２番目の式は、式（２）をパラメータＢで偏微分したものであり、３番目の式は、式（２）をパラメータＣで偏微分したものである。
【００６８】
式（３）を、行列を用いて整理することにより、次式が得られる。
【数４】
2011055602.tif 000006
【００６９】
さらに式（４）を整理し、次式が得られる。
【数５】
2011055602.tif 000007
ここで、Ｘ、ＦおよびＩは行列であり、次式のように定義される。
【数６】
2011055602.tif 000008
また、式（５）において、ＸTは行列Ｘの転置行列である。式（５）を数値的に解くことにより、３つのパラメータＡ〜Ｃからなるパラメータセットが求められる。
【００７０】
次に、Ｓ１３において、Ｓ１２により求められたパラメータセットと入力電圧コードＤＶinの関係に着目し、第２のフィッティングを実施する。第２のフィッティングは、３つのパラメータＡ〜Ｃのそれぞれが、入力電圧コードＤＶinに関する一元二次多項式でよく近似できるように、その係数である９つのパラメータＡａ〜Ｃｃからなるパラメータセットを求めるものである。その求め方は、Ｓ１２と同様であり、例えば、最小二乗法を用いることができる。
【００７１】
次に、Ｓ１４において、Ｓ１３により求められたパラメータセットと出力電圧コードＤＶoutの関係に着目し、第３のフィッティングを実施する。第３のフィッティングは、９つのパラメータＡａ〜Ｃｃのそれぞれが、出力電圧コードＤＶoutに関する一元二次多項式でよく近似できるように、その係数である２７個のパラメータＡａ１〜Ｃｃ３からなるパラメータセットを求めるものである。その求め方は、Ｓ１２、Ｓ１３と同様であり、例えば、最小二乗法を用いることができる。
【００７２】
以上で、フィッティングは終了する。Ｓ１４において第３のフィッティングによって得られたパラメータセット（２７個のパラメータＡａ１〜Ｃｃ３）が、演算用パラメータセットＤＰとして、図２に示した不揮発性メモリ９３に格納される。そして、電圧変換装置１が動作する際、上述したように、演算部９が図５に示した流れに基づいて動作することにより、出力電流Ｉoutが求められる。
【００７３】
なお、図６に示したフィッティングの式は、図５に示した演算の式と対応したものになっている。すなわち、第１のフィッティング（Ｓ１２）の式は第３の演算（Ｓ５）の式と同じであり、第２のフィッティング（Ｓ１３）の式は第２の演算（Ｓ４）の式と同じであり、第３のフィッティング（Ｓ１４）の式は第１の演算（Ｓ３）の式と同じである。このことは、フィッティングによって最終的に得られたパラメータセット（２７個のパラメータＡａ１〜Ｃｃ３）を用いて、図５に示した流れで演算され求められた出力電流コードＣＩoutは、フィッティングを行った際の元データである出力電流コードＣＩoutの値を再現することを意味している。
【００７４】
（出力電流Ｉoutの演算精度例）
図７（Ａ）は、電圧変換装置１における出力電流Ｉoutの演算精度を表すプロット図である。横軸は出力電流Ｉoutの測定値を示し、縦軸は演算された出力電流コードＣＩoutを電流値に換算したものを示す。この測定結果例では、特性は入力電圧Ｖinや出力電圧Ｖoutに依らず、精度の目安として示されている±５％以内に余裕を持って収まっていることが確認できる。
【００７５】
上述したように、本実施の形態では、電圧変換装置１は、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、入力電流コードＤＩinのそれぞれに対する２次多項式を計算することにより、出力電流コードＣＩoutを求める。これにより、図７（Ａ）に示したように、出力電流コードＣＩoutは、どのような入力電圧Ｖinや出力電圧Ｖoutに対しても、これらに応じて出力電流コードＣＩoutが計算されるため、良い精度を実現できる。また、電圧変換装置１では、出力電流Ｉoutを増やすと、一般に入力電流Ｉinも増加することとなるが、この場合でも、その入力電流Ｉinに応じて出力電流コードＣＩoutが計算されるため、良い精度を実現できる。
【００７６】
（比較例）
次に、比較例に係る電圧変換装置について説明する。本比較例は、検出信号ＳＶin、検出信号ＳＶout、検出信号ＳＩinに基づいて出力電流コードＣＩoutを求める際の方法が、上記第１の実施の形態とは異なるものである。すなわち、上記第１の実施の形態（図１）では、演算部９を用いて電源変換装置１を構成したが、これに代えて、本比較例では、演算部９Ｒを用いて電源変換装置１Ｒを構成している。その他の構成は、上記第１の実施の形態（図１）と同様である。
図８は、この比較例における演算部９Ｒのブロック図を表すものである。演算部９Ｒは、不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒと検索回路９４Ｒを備えている。不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒは、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、および入力電流コードＤＩinと、それらの様々な組み合わせにおける出力電流コードＣＩoutとが、あらかじめ記憶されているメモリであり、いわゆるルックアップテーブルとして機能するものである。検索回路９４Ｒは、供給された入力電圧コードＤＶinと、出力電圧コードＤＶoutと、入力電流コードＤＩinとに基づいて、不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒを検索し、これらのコードに対応する出力電流コードＣＩoutを読み出すものである。さらに、検索回路９４Ｒは、上記第１の実施の形態と同様に、フォーマット変換を行う機能も有する。
【００７７】
図９は、演算部９Ｒにおける演算動作の流れ図を表すものである。
【００７８】
まず、Ｓ２１において、上述した第１の実施の形態と同様に、Ａ／Ｄ変換回路９１１〜９１３がアナログ入力電圧をデジタルコードにそれぞれ変換し、レジスタ９２１〜９２３はその結果を格納する。
【００７９】
次に、Ｓ２２において、検索回路９４Ｒは、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、および入力電流コードＤＩinに基づいて、不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒ内を検索し、これらのコードに対応する出力電流コードＣＩoutを読み出し、レジスタ９６に格納する。
【００８０】
次に、Ｓ２３において、上述した第１の実施の形態と同様に、検索回路９４Ｒがフォーマット変換を行い、レジスタ９５１〜９５３はその結果を格納する。
【００８１】
図７（Ｂ）は、比較例に係る電圧変換装置１Ｒにおける出力電流Ｉoutの演算精度を表すプロット図である。横軸は出力電流Ｉoutの測定値を示し、縦軸は演算された出力電流コードＣＩoutを電流値に換算したものを示す。この測定結果例では、特性は入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutに依存して大きく変化し、精度の目安として示されている±５％を一部超えていることが確認できる。上記第１の実施の形態に係る測定結果例である図７（Ａ）と比較すると、比較例における出力電流コードＣＩoutの理想特性からのずれ量は、上記第１の実施の形態の場合と比べて約５倍になっている。なお、本比較例（図７（Ｂ））における不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒのメモリ容量は、上記第１の実施の形態（図７（Ａ））における不揮発性メモリ９３のメモリ容量とほぼ同等である。
【００８２】
この比較例では、上述したように、電圧変換装置１Ｒは、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、入力電流コードＤＩinに応じて、不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒに記憶されているデータを検索し、そのルックアップテーブルの中から対応する出力電流コードＣＩoutを選び出すことにより、出力電流コードＣＩoutを求める。つまり、出力電流コードＣＩoutは量子化されているため、図７（Ｂ）に示したように、出力電流コードＣＩoutは、入力電圧Ｖinや出力電圧Ｖoutに依存して、出力電流コードＣＩoutが理想特性からずれることとなる。なお、より細かく量子化するようにルックアップテーブルのデータを増やした場合、出力電流コードＣＩoutは、より理想特性に近づくようになるが、これを実現するには、不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒのメモリ容量を増やす必要がある。
【００８３】
上述したように、演算精度の測定結果（図７）において、上記第１の実施の形態における不揮発性メモリ９３のメモリ容量と、比較例における不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒのメモリ容量とは、ほぼ同等である。つまり、同じメモリ容量では、上記第１の実施の形態の方が、高い演算精度を実現できる。一方、上記第１の実施の形態と比較例とで、同じ演算精度を実現するには、比較例における不揮発性メモリ（ＬＵＴ）９３Ｒのメモリ容量を増やすか、もしくは、上記第１の実施の形態における不揮発性メモリ９３のメモリ容量を減らすことにより実現される。つまり、上記第１の実施の形態におけるメモリ容量の方が、比較例におけるメモリ容量と比べて、少なくてすむ。結果として、上記第１の実施の形態は、この比較例と比べて、より少ないメモリ容量で、より高い演算精度を実現できるものである。
【００８４】
また、比較例では、高い演算精度を得るためにルックアップテーブルのデータを増やす場合には、設計段階においてそのテーブルデータを作成するために、より多くの条件においてデータを収集する必要があり、その作成に要する手間と時間が大きくなり、コストアップを招くおそれがある。一方、上記第１の実施の形態では、さらに演算精度を向上する場合、例えば第１〜第３の演算の次数を高くすればよく、設計段階でのデータ収集に要する手間と時間はさほど変わらない。よって、上記第１の実施の形態によれば、コストアップを最小限に抑えつつ、より高い演算精度を実現することができる。
【００８５】
［効果］
以上のように本実施の形態では、電圧変換装置の出力電流を求める演算を、３段階の一元多項式により行うようにしたので、少ないメモリ容量で高い演算精度を実現することができる。
【００８６】
本実施の形態では、図５に示したように、第３の演算が、入力電流コードＤＩinに関する一元多項式になっている。そして、これに対応して、図６に示したように、入力電流コードＤＩinについてのフィッティングを最初に行っている。例えば、電圧変換装置１の出力電流Ｉoutが広い範囲の値をとりうる場合、入力電流Ｉinの範囲も広くなる。よって、広い入力電流Ｉinの範囲にわたり、高い近似精度でフィッティングがなされる必要がある。本実施の形態では、この広い範囲をとりうる入力電流Ｉinについてのフィッティングを最初に行うことにより、フィッティングの近似精度が向上し、その結果、第１〜第３の演算の精度が向上する。
【００８７】
また、本実施の形態では、図５に示したように、第１〜第３の演算の次数を全て２次としている。演算の次数を高くすると、演算精度は向上するが、不揮発性メモリ９３に必要なメモリ容量は増加する。一方、演算の次数を低くすると、不揮発性メモリ９３に必要なメモリ容量は少なくできるが、演算精度は悪化する。また、第１〜第３の演算において、少なくとも一つの演算の次数が他の演算の次数と異なる場合には、異なる次数の一元多項式の演算（例えば、図１０）や、異なる次数の一元多項式のフィッティングを行うため、演算がやや複雑になる。本実施の形態では、第１〜第３の演算の次数を全て２次とすることにより、演算がシンプルになるとともに、高い演算精度と少ないメモリ容量を両立できる。
【００８８】
上記実施の形態では、図５に示した第１〜第３の演算はそれぞれ、出力電圧コードＤＶout（第１の演算）、入力電圧コードＤＶin（第２の演算）、および入力電流コードＤＩin（第３の演算）に関する一元多項式としたが、これに限定されるものではなく、演算の順番を入れ替えても良い。例えば、出力電圧コードＤＶout、入力電圧コードＤＶin、および入力電流コードＤＩinのうち、入力電圧コードＤＶinの出力電流コードＣＩoutに対する感度が他のものに比べて一番高い場合には、第１〜第３の演算をそれぞれ、出力電圧コードＤＶout（第１の演算）、入力電流コードＤＩin（第２の演算）、および入力電圧コードＤＶin（第３の演算）に関する一元多項式としてもよい。この場合、図６に示した第１〜第３のフィッティングにおいても、入力電圧コードＤＶin（第１のフィッティング）、入力電流コードＤＩin（第２のフィッティング）、および出力電圧コードＤＶout（第３のフィッティング）に関する一元多項式にする必要がある。この例では、出力電流コードＣＩoutに対する感度が一番高い入力電圧コードＤＶinについてのフィッティングを最初に行うことにより、このフィッティングの近似精度が向上し、その結果、第１〜第３の演算の精度が向上する。
【００８９】
上記実施の形態では、図５に示した第１〜第３の演算において、全ての演算式を一元二次多項式としたが、これに限定されるものではなく、全ての演算式を一元ｍ次多項式（ｍは自然数）としてもよく、例えば、一元一次多項式でもよいし、一元三次多項式でもよい。この場合、図６に示した第１〜第３のフィッティングの全ての式も、第１〜第３の演算式と同じ次数ｍをもつ一元ｍ次多項式にする必要がある。次数ｍを大きくすると、このフィッティングにおける近似精度が向上し、その結果、第１〜第３の演算の精度が向上する。一方、次数ｍを小さくすると、演算がシンプルになるため、演算処理時間が短縮されるとともに演算回路９４の要求性能を下げることができる。さらに、演算用パラメータセットＤＰのパラメータ数が減るため、不揮発性メモリ９３のメモリ容量を減らすことができる。
【００９０】
上記実施の形態では、図５に示した第１〜第３の演算において、全ての演算式を同じ次数（二次）としたが、これに限定されるものではなく、第１〜第３の演算のうち少なくとも一つの演算の次数が、他の演算の次数と異なっていても良い。例えば、出力電圧コードＤＶout、入力電圧コードＤＶin、入力電流コードＤＩinのうち、入力電圧コードＤＶin（第２の演算）の出力電流コードＣＩoutに対する感度が他のものに比べて一番高い場合には、第２の演算における一元多項式の次数を３次にしてもよい。この場合、図６に示した第２のフィッティングの一元多項式の次数も３次にする必要がある。この例では、出力電流コードＣＩoutに対する感度が一番高い入力電圧コードＤＶinについてのフィッティングの近似精度が向上することに起因して、第１〜第３の演算の精度が向上する。
【００９１】
さらに、第１〜第３の演算のうち少なくとも一つの演算の次数が、他の演算の次数と異なる場合において、より後で行われる演算ほど、その次数が大きくなるようにしても良い。例えば、図１０に示したように、第１の演算が一元一次多項式であり、第２の演算が一元二次多項式であり、第３の演算が一元三次多項式であってもよい。この場合、第１〜第３のフィッティングの式も、これに対応させる必要があり、第１のフィッティングの式を一元三次多項式とし、第２のフィッティングの式を一元二次多項式とし、第３のフィッティングの式を一元一次多項式とする必要がある。このように、第１のフィッティングの次数を大きくするとその近似誤差が少なくなり、第２および第３のフィッティングもより高精度で実施されることとなり、その結果、第１〜第３の演算の精度が向上する。
【００９２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電圧変換装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る電圧変換装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９３】
［構成例］
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る電圧変換装置の回路構成を表すものである。電圧変換装置１Ｂは、温度検出回路２５と、演算部９Ｂを有する演算処理部８Ｂを備えている。
【００９４】
温度検出回路２５は、温度を検出し、その温度に対応する検出信号ＳＴempを演算処理部８Ｂへ出力するものである。
【００９５】
演算処理部８Ｂは、演算部９Ｂを有している。演算処理部８Ｂは、電圧検出回路２１から供給される検出信号ＳＶin1、電流検出回路２２から供給される検出信号ＳＩin1、ＳＷ切換部７から供給される検出信号ＳＶout、温度検出回路２５から供給される検出信号ＳＴempに基づいて、演算処理を行い、電圧変換装置１Ｂの出力端子Ｔ３における出力電流Ｉoutを求め、その結果を出力端子Ｔ５から出力するものである。
【００９６】
図１２は、演算部９Ｂのブロック図を表すものである。演算部９Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路９１４と、レジスタ９２４、９５４と、不揮発性メモリ９３Ｂと、演算回路９４Ｂと、インターフェース部９７Ｂとを有する。
【００９７】
Ａ／Ｄ変換回路９１４は、他のＡ／Ｄ変換回路９１１〜９１３と同様に、アナログの検出信号ＳＴempをデジタル信号に変換する回路であり、レジスタ９２４は、その結果を温度コードＤＴempとして格納する。不揮発性メモリ９３Ｂは、あらかじめ定められた複数の演算用パラメータセットＤＰＢ（後述）が記憶される回路である。演算回路９４Ｂは、後述するように、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、入力電流コードＤIin温度コードＤＴemp、および演算用パラメータセットＤＰＢを用いて、演算により出力電流コードＣＩoutを求めるものである。さらに、演算回路９４Ｂは、上記第１の実施の形態と同様に、フォーマット変換を行う機能も有し、温度コードＤＴempを温度コードＣＴempに変換する。レジスタ９５４は、温度コードＣＴempを格納する。レジスタ９５１〜９５４、９６のデータは、インターフェース部９７Ｂを介して、端子Ｔ５に接続された外部の装置とやりとりされる。
【００９８】
図１１において、電圧検出回路２１、２３と、電流検出回路２２と、温度検出回路２５は、本発明における「ｎ種類の検出値を検出する検出手段」の一具体例に対応し、ｎが４である場合に対応している。また、演算部９Ｂは、本発明における「演算回路」の一具体例に対応する。
【００９９】
［動作および作用］
図１３は、演算部９Ｂにおける演算動作の流れ図を表すものである。
【０１００】
まず、Ｓ４１において、Ａ／Ｄ変換回路９１１〜９１４がアナログ入力電圧をデジタルコードにそれぞれ変換し、レジスタ９２１〜９２４はその結果を格納する。Ａ／Ｄ変換回路９１４は、電圧変換装置１の温度の検出信号ＳＴempをデジタルコードに変換し、レジスタ９２４はその結果を温度コードＤＴempとして格納する。その他は、第１の実施の形態のＳ１と同様である。
【０１０１】
次に、Ｓ４２において、演算回路９４Ｂは、あらかじめ格納されている演算用パラメータセットＤＰＢを、不揮発性メモリ９３Ｂから読み出す。演算用パラメータセットＤＰＢのパラメータの個数は、この例では８１個である。
【０１０２】
次に、Ｓ４３において、演算回路９４Ｂは、レジスタ９２４が格納している温度コードＤＴempと、Ｓ４２にて読み込んだ演算用パラメータセットＤＰＢ（第１のパラメータセット）を基に、第１の演算を行う。第１の演算は、この第１のパラメータセットを係数とした、温度コードＤＴempに関する２７個の一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４Ｂは、この演算の結果である２７個のパラメータ（Ａａ１〜Ｃｃ３）からなる第２のパラメータセットを、演算回路９４Ｂ内に格納される。
【０１０３】
次に、Ｓ４４において、演算回路９４Ｂは、レジスタ９２２が格納している出力電圧コードＤＶoutと、Ｓ４３によって求めた第２のパラメータセットを基に、第２の演算を行う。第２の演算は、この第２のパラメータセットを係数とした、出力電圧コードＤＶoutに関する９つの一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４Ｂは、この演算の結果である９つのパラメータ（Ａａ〜Ｃｃ）からなる第３のパラメータセットを、演算回路９４Ｂ内に格納する。
【０１０４】
次に、Ｓ４５において、演算回路９４Ｂは、レジスタ９２１が格納している入力電圧コードＤＶinと、Ｓ４４によって求めた第３のパラメータセットを基に、第３の演算を行う。第３の演算は、この第３のパラメータセットを係数とした、入力電圧コードＤＶinに関する３つの一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４Ｂは、この演算の結果である３つのパラメータ（Ａ〜Ｃ）からなる第４のパラメータセットを、演算回路９４Ｂ内に格納する。
【０１０５】
次に、Ｓ４６において、演算回路９４Ｂは、レジスタ９２３が格納している入力電流コードＤＩinと、Ｓ４５によって求めた第４のパラメータセットを基に、第４の演算を行う。第４の演算は、この第４のパラメータセットを係数とした、入力電流コードＤＩinに関する一元二次多項式の演算である。そして、演算回路９４Ｂは、この演算の結果を、出力電流コードＣＩoutとしてレジスタ９６に格納する。
【０１０６】
次に、Ｓ４７において、演算回路９４Ｂは、上記第１の実施の形態と同様に、フォーマット変換を行う。演算回路９４Ｂは、温度コードＤＴempを温度コードＣＴempに変換する。そして、レジスタ９５４は温度コードＣＴempを格納する。その他については、第１の実施の形態のＳ６と同様である。
【０１０７】
以上で、演算は終了する。なお、レジスタ９５１〜９５４、９６に格納されたこれらのデータは、端子Ｔ５に接続された外部装置と、インターフェース部９７を介してやりとりされることとなる。
【０１０８】
なお、上記演算で使用される演算用パラメータセットＤＰＢは、上述した第１の実施の形態における演算用パラメータセットＤＰの準備方法（図６）と、まったく同様の方法で準備される。すなわち、まず、図６のＳ１１と同様に、出力電流コードＤＩout、入力電流コードＤＩin、入力電圧コードＤＶin、出力電圧コードＤＶout、および温度コードＤＴempからなる５つのデータを一組とし、様々な条件においてこのデータを収集する。その後、図６のＳ１２〜Ｓ１４と同様にフィッティングを行う。ただし、図１３において、演算が４段階により行われることに起因して、フィッティングも４段階で行われる。つまり、第１のフィッティングは図１３の第４の演算に対応するものであり、第２のフィッティングは図１３の第３の演算に対応するものであり、第３のフィッティングは図１３の第２の演算に対応するものであり、第４のフィッティングは図１３の第１の演算に対応するものである。この第４のフィッティングで得られたパラメータセット（８１個のパラメータＡａ１１〜Ｃｃ３３）が、演算用パラメータセットＤＰＢとなる。
【０１０９】
［効果］
以上のように、本実施の形態では、電圧変換装置の出力電流を求める演算をする際、温度についても一元多項式を使用して演算するようにしたので、使用環境の温度に依らず、より高精度な演算が実現できる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【０１１０】
第２の実施の形態における電圧変換装置は、第１の実施の形態と同様に、第１〜第４の演算の順番を入れ替えても良い。
【０１１１】
第２の実施の形態における電圧変換装置は、第１の実施の形態と同様に、全ての演算式を一元ｍ次多項式（ｍは自然数）としてもよく、例えば、一元一次多項式でもよいし、一元三次多項式でもよい。
【０１１２】
第２の実施の形態における電圧変換装置は、第１の実施の形態と同様に、第１〜第４の演算のうち少なくとも一つの演算の次数が、他の演算の次数と異なっていても良い。さらに、より後で行われる演算ほど、その次数が大きくなるようにしても良い。
【０１１３】
＜その他の変形例＞
上記第１および第２の実施の形態では、出力電流を演算する際に使用する物理量として、電圧変換装置の入力電圧、出力電圧、入力電流、および温度を用いているが、これに限定されるものではなく、他の物理量をさらに加えてもよい。他の物理量としては、例えば、電圧変換装置の累積使用時間を用いることができる。この場合、電圧変換装置の出力電流は、入力電圧、出力電圧、入力電流、温度、および累積使用時間に関する一元多項式により出力電流を演算するため、経時変化による出力電流の特性変化も表現できるようになり、さらに精度が向上する。なお、ｎ個の物理量があり、演算におけるこれらの各物理量に対応する一元多項式の次数がそれぞれｍ1、ｍ2、…、ｍnとすると、演算用パラメータセット（第１の実施の形態におけるＤＰや、第２の実施の形態におけるＤＰＢ）のパラメータの個数ｎｐは、
【数７】
2011055602.tif 000009
で表される。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１Ｂ…電圧変換装置、３…スイッチング回路、４…トランス、５…整流回路、６…平滑回路、７…ＳＷ切換部、８…演算処理部、９、９Ｂ、９Ｒ…演算部、１０…高圧バッテリ、２１，２３…電圧検出回路、２２…電流検出回路、２５…温度検出回路、４０…磁芯、４１…１次側巻線、４２１，４２２…２次側巻線、６１…チョークコイル、７１，８３１，８３２…バッファ、７３…制御部、７６，８１１，８１２…トランス、７７，７８…ＳＷ駆動部、８２１，８２２…平滑回路、９１１〜９１４…Ａ／Ｄ変換回路、９２１〜９２４、９５１〜９５４，９６…レジスタ、９３，９３Ｂ…不揮発性メモリ、９３Ｒ…不揮発性メモリ（ＬＵＴ）、９４，９４Ｂ…演算回路、９４Ｒ…検索回路、９７，９７Ｂ…インターフェース部、ＣＩin，ＤＩin…入力電流コード、ＣＩout，ＤＩout…出力電流コード、Ｃin…入力平滑コンデンサ、Ｃout…出力平滑コンデンサ、ＣＴ…センタタップ、ＣＶin，ＤＶin…入力電圧コード、ＣＶout，ＤＶout…出力電圧コード、ＤＰ，ＤＰＢ…演算用パラメータセット、Ｉａ１，Ｉｂ１…１次側ループ電流、Ｉａ２，Ｉｂ２…２次側ループ電流、Ｉin…入力電流、Ｉout…出力電流、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、Ｌ２…２次側ライン、ＬＧ…接地ライン、ＬＯ…出力ライン、Ｌｒ…共振用インダクタ、Ｒ７２，Ｒ８４１，Ｒ８４２…抵抗器、Ｓ１〜Ｓ６…ＳＷ制御信号、Ｓ７５，Ｓ７６…制御信号、ＳＩin，ＳＩin1，ＳＶin，ＳＶin1，ＳＴemp，ＳＶout，ＳＶout1…検出信号、ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチング素子、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５…出力端子、Ｖin…入力電圧、Ｖout…出力電圧
【図１】
2011055602.tif 000010
【図２】
2011055602.tif 000011
【図３】
2011055602.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011055602.tif 000016
【図８】
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【図９】
2011055602.tif 000018
【図１０】
2011055602.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011055602.tif 000022