(57)【要約】【課題】車両用交流発電機と接続され、同期整流を行う車両用電力変換装置において、ダイオードオン信号からスイッチングタイミング信号を生成するものにおいて、最適な制御余裕時間を設定することにより、スイッチングミスを低減させると共に効率を向上させることを目的とする。【解決手段】制御余裕時間を、発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間と、発電機の運転状態によって変化する余裕時間の和として求めることで、発電機の運転状態に応じた制御余裕を決定できる。これによって最適なスイッチングタイミングを得られ、スイッチングミスの低減と効率の向上を実現する。【選択図】図３
2011229204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から駆動されて多相交流電力を発生する回転電機部と直流機器との間に多相ブリッジ回路構成として接続され、上記多相ブリッジ回路の各相アームは夫々並列接続されたダイオードを有するスイッチング素子から構成された電力変換部と、
上記ダイオードの導通状態に対応したダイオードオン信号を発生する同期整流許可手段と、
上記ダイオードオン信号に基いてそのダイオードオン信号に対応するスイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段を備え、
上記同期整流制御手段からのスイッチングタイミング信号に基づいて対応するスイッチング素子をスイッチング制御して同期整流を実施する車両用電力変換装置において、
上記スイッチングタイミング信号は、少なくとも一つの前記ダイオードのオン時間を元に演算した同期整流可能時間から制御余裕時間を減算したものであり、
上記制御余裕時間は、発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間と、発電機の運転状態によって変化する余裕時間である制御余裕の和として決定することを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記発電機の運転状態によって変化する制御余裕は、発電機の加速度と回転速度によって決定されることを特徴とする請求項1記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記発電機の運転状態によって変化する制御余裕は、発電機の加速度と回転速度、および発電機の出力電力によって決定されることを特徴とする請求項1記載の車両用電力変換装
置。
【請求項４】
前記発電機の運転状態によって変化する制御余裕は、発電機の加速度と回転速度、およびダイオードのオン時間によって決定されることを特徴とする請求項1記載の車両用電力変
換装置。
【請求項５】
前記発電機の回転速度が所定の回転速度以下の時は、前記発電機の運転状態によって変化する余裕時間は前記発電機の運転状態から決定し、
前記発電機の回転速度が所定の回転速度を超える時は、前記発電機の運転状態によって変化する余裕時間はあらかじめ決定した値を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用電力変換装置。
【請求項６】
前記車両用電力変換装置に接続される発電機は、発電電動機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流発電機と直流機器との間に接続される車両用電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機(以下、発電機と称する)を搭載した自動車等の車両には、バッテリーや灯火器等の直流機器と、交流機器である発電機との間の電力変換を行う車両用電力変換装置が用いられる。
【０００３】
一般に、このような車両用電力変換装置は、発電機とバッテリーとの間に接続され、複数のダイオード素子により多相ブリッジ回路が構成されている。車両用電力変換機は、発電機が発電した交流電力を前述の多相ブリッジ回路により整流して直流電力に変換しバッテリーに供給する。
【０００４】
近年では、ダイオードブリッジを用いた整流よりも効率がよく、素子の発熱も少ないことから、ダイオードに代えて、スイッチング素子とそれに付随している寄生ダイオードを用い、スイッチング素子による整流(以下、同期整流)を用いた車両用電力変換装置が提案されており、寄生ダイオードの導通状態により同期整流の実施許可信号(以下、ダイオードオン信号という)を発生させ、このダイオードオン信号に基づいてスイッチング素子のスイッチング制御を行なうようにした車両用電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1 参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８４５６４号公報
【特許文献２】特許第４２１３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の車両用電力変換装置では、ダイオードの導通状態からダイオードオン信号を生成し、このダイオードオン信号を元に、スイッチングタイミング信号を生成し、スイッチング素子のスイッチング制御を行う。このとき、ダイオードオン信号からスイッチングタイミング信号を生成する方法について、特許文献1において、制御の遅れ時間と発電機の回転変動を考慮した制御余裕時間を用いることが提案されている。
【０００７】
しかしながら、この制御余裕時間を最適とするための手法が提案されていないため、制御余裕時間の設定方法によっては、回転変動や負荷変動によって制御余裕時間の過不足が生じ、結果として効率の低下やスイッチングミスを生じるという課題がある。
【０００８】
本発明は、従来の装置に於ける前述の課題を解決するためになされたものであり、最適な制御余裕時間を設定することにより、スイッチングミスを低減させ、また効率をさらに向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る車両用電力変換装置は、外部から駆動されて多相交流電力を発生する回転電機部と直流機器との間に多相ブリッジ回路構成として接続され、上記多相ブリッジ回路の各相アームは夫々並列接続されたダイオードを有するスイッチング素子から構成された電力変換部と、
上記ダイオードの導通状態に対応したダイオードオン信号を発生する同期整流許可手段と、
上記ダイオードオン信号に基いてそのダイオードオン信号に対応するスイッチング素子に対するスイッチングタイミング信号を発生する同期整流制御手段を備え、
上記同期整流制御手段からのスイッチングタイミング信号に基づいて対応するスイッチング素子をスイッチング制御して同期整流を実施する車両用電力変換装置において、
上記スイッチングタイミング信号は、少なくとも一つの前記ダイオードのオン時間を元に演算した同期整流可能時間から制御余裕時間を減算したものであり、
上記制御余裕時間は、発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間と、発電機の運転状態によって変化する余裕時間である制御余裕の和として決定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明に係る車両用電力変換装置の発電機の運転状態によって変化する余裕時間は、発電機の加速度と回転速度によって決定されるものである。
【００１１】
また、この発明に係る車両用電力変換装置の発電機の運転状態によって変化する余裕時間は、発電機の加速度と回転速度、および発電機の出力電力によって決定されるものである。
【００１２】
また、この発明に係る車両用電力変換装置の発電機の運転状態によって変化する余裕時間は、発電機の加速度と回転速度、および実施許可時間によって決定されるものである。
【００１３】
また、この発明による車両用電力変換装置は、発電機の回転速度が所定の回転速度未満の場合は、発電機の運転状態に基づいて発電機の運転状態によって変化する余裕時間を決定し、発電機の回転速度が所定の回転速度以上の場合は、発電機の運転状態によって変化する余裕時間を一定とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
発電機の運転状況によって制御余裕を変化させることにより、さまざまな運転状況下において最適な制御余裕を決定することができ、スイッチングミスの低減と効率向上を実現することが可能な車両用電力変換装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る代表的な全体構成である。
【図２】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器のタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器のタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器のタイミングチャートである。
【図７】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器の制御余裕時間の設定方法を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態1に係る車両用電力変換器の制御余裕時間の設定方法を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御余裕時間の設定方法を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２および３に係る車両用電力変換器のタイミングチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換器の制御余裕時間の設定方法を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換器の制御余裕時間の設定方法を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係る車両用電力変換器の制御余裕時間決定のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態1. 
図1は、発電機を搭載した車両システムの構成を示す説明図である。図1に於いて、発電機102は、例えばベルト等の動力伝達手段104を介して内燃機関101に接続されている。内燃機関101の運転中は、発電機102が発電した交流電力を電力変換装置により直流電力に変換してバッテリーやキャパシタ103に供給し所定電圧に充電する。  
【００１７】
図2は、この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置を備えた発電機102の内部構成を示す構成図である。図２に於いて、発電機102は、電力変換装置110と回転電機部200により構成されている。電力変換装置110は、電力変換部220とスイッチング素子のオン・オフ制御を行う制御装置210とを備えている。 
【００１８】
電力変換部220は、回転電機部200の界磁コイル202に通電する界磁電流をPWM制御するための界磁スイッチング素子(以下、スイッチング素子FHと称する)221とフリーホイールダイオード222を備える。又、電力変換部220は、U相正極側アームUHAを構成するU相正極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子UHと称する)223a、V相正極側アームVHAを構成するV相正極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子VHと称する)223b、W相正極側アームWHAを構成するW相正極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子WHと称する)223c、及び、U相負極側アームULAを構成するU相負極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子ULと称する)224a、V相負極側アームVLAを構成するV相負極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子VLと称する)224b、W相負極側アームWLAを構成するW相負極側アームスイッチング素子(以下、スイッチング素子WLと称する)224cとにより構成された3相ブリッジ回路を備える。
【００１９】
スイッチング素子UH223a、VH223b、WH223c、UL224a、VL224b、WL224cとは、夫々図示のように、夫々逆並列接続された寄生ダイオードDpを内蔵している。
尚、正極側アームを上アーム、負極側アームを下アームと称することもあるが、以下の説明では正極側アーム、負極側アームの呼称を用いる。 
【００２０】
回転電機部200の電機子コイル201は、その３相の各相端子が電力変換部220の交流側端子U、V、Wに接続されている。界磁コイル202の両端子は、界磁端子Fと負極側端子Ｎに夫々接続されている。バッテリー103の正極側端子及び負極側端子は、夫々電力変換部220の直流側端子P、Nに接続されている。 
【００２１】
電力変換部220の三相ブリッジ回路を構成する各スイッチング素子UH223a、VH223b、WH223c、UL224a、VL224b、WL224c、及び界磁スイッチング素子FH221は、後述するように制御装置210から与えられるゲート信号によりスイッチング制御される。 
【００２２】
なお、図２では、回転電機200を、三相の電機子コイル201と界磁コイル202を備えた三相界磁コイル方式発電機として示しているが、相数や界磁方式(例えば、永久磁石等)が異なっていてもよい。更に、図２では、発電機102を電力変換装置110と回転電機200が一体構造とされた一体構造式発電装置として示しているが、電力変換装置110と回転電機200とが物理的に分割された別体構造式発電装置であってもよい。 
【００２３】
図３は、前述の制御装置210の構成を示すブロック図である。図３に於いて、制御装置210及びマイコン304は、図３の表示した機能以外にも車両用電力変換装置の様々な機能を有するが、以下の説明ではこの発明の実施の形態1に関係する部分を主体に説明する。
図３において、同期整流許可手段301は、電力変換部２２０の負極側端子Ｎの電位を基準に、正極側端子Ｐの電圧Ｖｐ、三相の各端子Ｕ、Ｖ、Ｗの端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが入力され、三相ブリッジ回路の各スイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃと、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃをオンにしない状態で寄生ダイオードに順方向電流が流れるかどうかを、電圧Ｖｐと三相の各端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとに基づいて検出し、ダイオードの導通状態の周期に対応する周期のダイオードオン信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを夫々出力する。
【００２４】
制御余裕演算手段307は、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgおよび加速度演算手段306が検出した発電機の加速度に対応した信号amgが入力され、後述する方法によって制御余裕時間αを算出し、同期整流制御手段302に入力する。
【００２５】
同期整流制御手段302は、同期整流許可手段301の出力であるダイオードオン信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが入力され、又、制御余裕演算手段307の演算した制御余裕時間αが入力される。同期整流制御手段302は、後述するように、これらの信号に基づいて全相の正極側アーム及び負極側アームのスイッチング素子のオンタイミング、及びオフタイミングを演算し、その演算したスイッチングタイミングに対応する出力信号UH*、UL*、VH*、VL*、WH*、WL*を出力し、同期整流手段303に入力する。 
【００２６】
同期整流制御手段302は、同期整流許可手段301から入力されたダイオードオン信号UH、UL、VH、VL、WH、WLに基づいて、各寄生ダイオードのオン状態の時間を計測する。そして、同期整流制御手段302は、全相の正極側アーム及び負極側アームの計測した過去の寄生ダイオードのオン状態の時間(以下、ダイオードオン時間と記す)から、スイッチング素子の同期整流可能時間を決定する。
【００２７】
この同期整流可能時間から制御余裕時間αを差し引いた同期整流許可時間から、スイッチング素子UH223a、VH223b、WH223c、UL224a、VL224b、WL224cのスイッチングタイミングを演算し、そのスイッチングタイミングに対応した出力信号UH*、UL*、VH*、VL*、WH*、WL*を出力し同期整流手段303へ入力する。
【００２８】
同期整流手段303は、同期整流制御手段302からの出力信号UH*、UL*、VH*、VL*、WH*、WL*に基づき、車両用電力変換装置220の各スイッチング素子UH223a、VH223b、WH223c、UL224a、VL224b、WL224cのゲートに与えるゲート指令信号UHG、ULG、VHG、VLG、WHG、WLGを生成し、各スイッチング素子のゲートに入力する。 
【００２９】
図４は、この発明の実施の形態１による車両用電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。ここではU相正極側アームUHAに着目して同期整流動作の説明を行う。なお、図４ではU相のみのタイミングチャートを示しているが、V相、W相についても同様の処理を行う。
【００３０】
同期整流制御手段302は、同期整流許可手段301から出力されたダイオードオン信号UHが導通状態である時間、即ち、U相正極側アームUHAのダイオードオン時間TUH(n-1)を計測する。次に、同期整流制御手段302は、下記に示す式(１)で示すように、計測したダイオードオン時間TUH(n-1)から、制御余裕時間αを差し引いた時間TUHon(n)を、U相正極側アームUHAが次回の同期整流を行う時にスイッチング素子UH223aをオンする時間として演算する。そして、次回ダイオードオン信号UHが導通状態となった時点から、この演算した時間TUHon(n)だけスイッチング素子をオンするような信号を出力信号UH*として出力し同期整流手段303へ入力する。 
TUHon(n)=TUH(n-1)-α                      式(1) 
【００３１】
同様に、U相負極側アームULA、V相正極側アームVHA、V相負極側アームVLA、W相正極側アームWHA、W相負極側アームWLAの各スイッチング素子UL224a、VH223b、VL224b、WH223c、WL224cのオン状態となる時間TULon(n)、TVHon(n)、TVLon(n)、TWHon(n)、TWLon(n)を、同期整流許可手段301の出力である実施許可信号UL、VH、VL、WH、WLから、夫々独立して、各相の前回のダイオードオン時間から制御余裕時間αを減算するよう演算し、この演算した時間TULon(n)、TVHon(n)、TVLon(n)、TWHon(n)、TWLon(n)と、ダイオードオン信号UL,VH,VL,WH,WLに応じた信号を夫々出力信号UL*、VH*、VL*、WH*、WL*として出力して同期整流制御手段303へ入力する。 
【００３２】
同期整流手段303は、同期整流制御手段302の出力信号UH*、UL*、VH*、VL*、WH*、WL*に基づき、電力変換部220の各々対応するスイッチング素子UH223aと、VH223bと、WH223c、及びUL224aと、VL224bと、WL224cのゲート指令信号UHG、VHG、WHG、ULG、VLG、WLGを生成し、これらのスイッチング素子のゲートに入力する。 
【００３３】
電力変換部220では、同期整流手段303からのゲート指令信号UHG、VHG、WHG、ULG、VLG、WLGに基づき、スイッチング素子UH223aと、VH223bと、WH223c、及びUL224aと、VL224bと、WL224cがオン、オフ制御され、夫々の寄生ダイオードのオンタイミングに同期したスイッチング動作を行い、同期整流を実行する。
なお、この発明の実施の形態1では、TUHon(n)を、式(1)から求めているが、特許文献1記載の方法を用いてもよく、その他の公知の方法を用いてもよい。他のアームについても同様である。
【００３４】
次に、制御余裕時間αの算出方法について説明する。制御余裕演算手段307は、下記に示す式(2)で示すように、発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間αcと、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgと加速度演算手段306が検出した発電機の加速度に対応した信号amgから算出される可変の制御余裕αv1から、制御余裕時間αを算出する。
α=αc+αv1                          式 (2)
【００３５】
発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間αcは、同期整流制御手段302の出力信号UH*、UL*、VH*、VL*、WH*、WL*が出力されてから、実際にスイッチング素子がその出力信号に応じてオン・オフするまでの時間(以下遅延時間という)だけ必要である。この遅延時間は、電力変換部の回路構成などによって決定されるものであり、回転速度や加速度などの発電機の運転状態とは関係なく、一定時間である。
一方、可変の制御余裕αv1は、ダイオードオン時間が、発電機の運転状態によって変化するために必要となるものである。
【００３６】
たとえば、図５のように、回転変動によってダイオードオン時間が急に短くなった場合、制御余裕時間αが不足していると、本来スイッチング素子をオンできる時間外にもスイッチング素子をオンしてしまい、バッテリーから電流が逆流し図5中の色塗り部のようにスイッチング素子に過大な電流が流れる。また、スイッチング素子をオンしている間は、ダイオードオン信号は導通状態を示す状態となるため、その間はダイオードオン信号の検出が正常に行えなくなり、正しいダイオードオン時間が計測できないことから同期整流が継続不能となる。このようにスイッチング素子をオンできる時間外にスイッチング素子をオンしてしまうことをスイッチングミスという。
【００３７】
また、図６のように、回転変動によってダイオードオン時間が急に長くなった場合、図6中の色塗り部のように同期整流が可能であるにもかかわらず行わない区間が増加し、効率が低下してしまう。
【００３８】
ダイオードオン時間の変化量は、発電機の回転速度と、加速度によって変化するため、可変の制御余裕αv1は回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgと加速度演算手段306が検出した発電機の加速度に対応した信号amgによって算出する。
【００３９】
一定の加速度で回転速度が変化する時、回転速度と必要な可変の制御余裕αv1の関係は、図７に示されるように、回転速度が低いときには大きく、回転速度が高い時には小さくなる。また、加速度と必要な可変の制御余裕αv1の関係は、図8に示されるように、加速度に比例して必要な制御余裕αv1は大きくなる。
【００４０】
従って、回転速度及び加速度を考慮した可変の制御余裕αv1とするためには、図９に示すように、回転速度と加速度に対する可変の制御余裕αv1のマップを参照し、得られたαv1から制御余裕時間αを求めればよい。なお、発電機の運転状態によらず一定である制御遅れ時間αcと可変の制御余裕αv1をあらかじめ加算したマップを作成し、回転速度と加速度に対する制御余裕時間αのマップとしてもよい。
【００４１】
なお、加速度が負の領域、つまり回転速度が低下している際には、必要な制御余裕時間αは負となることがある。すなわち、過去のダイオードオン時間から演算した同期整流許可時間よりも長くスイッチング素子をオンすることが出来る。 これによって、減速時の同期整流の効率を高めることができ、減速回生で回収できるエネルギー量を増大することが出来る。
【００４２】
前述のように、実施の形態１による車両用電力変換装置によれば、発電機の運転状態に応じて最適な制御余裕時間αを動的に設定することができる。これによって、スイッチングミスの可能性を低減させ、また効率をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態１では発電機を対象として述べたが、当該発電機は電動機としての機能を併せ持つ発電電動機であってもよい。以下の実施の形態においても同様である。
【００４３】
実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置について説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対して、制御余裕時間αの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１と同様であるため、実施の形態１との差異について述べる。
【００４４】
図１０はこの発明の実施の形態２に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１との差異は、制御余裕演算手段307に対し、電力変換装置110が出力した直流電力を出力する発電電力演算手段308を設けたことである。
【００４５】
発電電力演算手段308は、電力変換装置110が出力した直流電力を演算し、それに対応する信号Pを出力する。発電電力の演算には、電力変換装置110が電流センサを備えていれば、当該センサの出力電流値と直流電圧Vpの積で求めてもよいし、特許文献2で提案されている方法で出力電流を推定して、推定電流と直流電圧Vpの積で求めてもよく、その他公知の技術を用いてもよい。
【００４６】
実施の形態１において、制御余裕演算手段307は、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgと加速度演算手段306が検出した発電機の加速度に対応した信号amgから、制御余裕時間αを算出している。
しかしながら、図１１に示すように、相電圧の周期が一定の場合、すなわち発電機の回転速度が一定の場合において、発電電力が大きい時と比べて、発電電力が小さい時の方が相電圧波形の傾きが緩やかになる。
【００４７】
そのため、直流電圧がVp1からVp2に、それぞれ同じだけ変化した場合、ダイオードオン時間の変化量は、発電電力が大きい時の変化量を△Thigh、発電量が小さい時の変化量を△Tlowとすると、△Thigh＜△Tlowとなり、発電電力が少ない時の方が、直流電圧が変化した時のダイオードオン時間の変化が大きいため、発電電力が多い時と比べてより多くの制御余裕時間αを必要とする。
【００４８】
そのため、実施の形態２では、図１２に示すような、発電電力によって決定される制御余裕αv2を演算し、それを用いて式(３)に示すように制御余裕時間αを決定する。αv2は、発電電力に対する制御余裕αv2のマップを参照して求める。このマップは、実験などにより得られた値をマップ値として使用する。
α=αc+αv1+αv2                             式(3)
【００４９】
式(３)で示したように、発電電力に応じて制御余裕時間αを可変とすることで、直流電圧の変動によるダイオードオン時間の変化に適したスイッチングを行い、スイッチングミスを防止し、安定した同期整流を可能とする。
【００５０】
前述のように、実施の形態２による車両用電力変換装置によれば、発電電力が小さい時には、発電電力が大きい時よりも多く制御余裕時間αを確保することが出来、これによって発電電力が小さい時であってもスイッチングミスを低減し、安定した同期整流が実現できる。
【００５１】
実施の形態３.
次に、この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置について説明する。実施の形態３は、実施の形態１に対して、制御余裕時間αの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態１と同様であるため、実施の形態１との差異について述べる。
【００５２】
図１３はこの発明の実施の形態３に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。
実施の形態1との差異は、制御余裕演算手段307に対し同期整流制御手段からダイオードオン時間TUH,TUL,TVH,TVL,TWH,TWLが入力されていることである。
【００５３】
実施の形態１においては、制御余裕演算手段307は、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgと加速度演算手段306が検出した発電機の加速度に対応した信号amgから、制御余裕時間αを算出した。
一方、実施の形態２においては、図１１に示すように、相電圧周期が一定の場合、すなわち発電機の回転速度が一定の場合において、図１１(a)に示すダイオードオン時間が長い時の相電圧波形と比べて、図１１(b)に示すダイオードオン時間が短い時の相電圧波形の方が、傾きが緩やかになる。
【００５４】
そのため、直流電圧がVp1からVp2に、それぞれ同じだけ変化した場合、ダイオードオン時間の変化量は、図１１(a)におけるダイオードオン時間の変化量を△Thigh、図１１(b)におけるダイオードオン時間の変化量を△Tlowとすると、△Thigh＜△Tlowとなる。そのため、図１１(a)のようにダイオードオン時間が短い時の方が、ダイオードオン時間の変化量が大きくなり、図１１(b)のように長い時と比べてより多くの制御余裕時間αを必要とする。
【００５５】
そのため、実施の形態３では、電気角180度に相当する時間に対するダイオードオン時間の比率(通電率という)を求め、その通電率によって決定される制御余裕αv2を演算し、それを用いて式(３)に示すように制御余裕時間αを決定する。αv2は、図１４に示すような通電率に対する制御余裕αv2のマップを参照して求める。このマップは、実験などにより得られた値をマップ値として使用する。
【００５６】
前述のように、実施の形態３による車両用電力変換装置によれば、式(３)で示したように、ダイオードオン時間に応じて制御余裕時間αを可変とすることで、ダイオードオン時間の変化に適したスイッチングを行い、スイッチングミスを防止し、安定した同期整流を可能とする。従って、ダイオードオン時間が短い時には、ダイオードオン時間が長い時よりも多く制御余裕時間αを確保することが出来、これによってスイッチングミスを防止し、安定した同期整流が実現できる。
【００５７】
実施の形態４
次に、この発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置について説明する。実施の形態４は、実施の形態１に対して、制御余裕時間αの演算方法を変更したものであり、その他については実施の形態1と同様である。
【００５８】
実施の形態４による制御余裕演算手段307は、図1５に示すフローチャートに沿って制御余裕時間αを決定する。まず、ステップS101において、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgが規定値Nthres未満であるかどうかを判定する。そして、回転速度検出手段305が検出した発電機の回転速度に対応した信号Nmgが規定値Nthres未満である場合ステップS102へ、そうでない場合はステップS111へ進む。
【００５９】
ステップS102では、ダイオードオン時間が発電機の運転状態によって変化するために必要となる可変の制御余裕αv1を演算する。これについては実施の形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。ステップS102終了後、ステップS103へ進む。
ステップS103では、制御余裕時間αを決定する。これについては実施の形態1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
ステップS111では、制御余裕時間αを決定する。ステップS103の処理との違いは、制御余裕αv1の代わりに、制御余裕αv(default)を用いることである。
【００６０】
発電機の回転速度が十分に速い場合、図９に示されているように制御余裕αv1の値は小さくなり、制御余裕時間α全体に占める割合は小さくなる。そのため、発電機の回転速度が十分に速い場合、制御余裕時間αを一定の値としても、さほど効率の低下を起こすことはない。一般に発電機の回転速度が速い場合、マイコン304の処理負荷は高くなる傾向にあるため、発電機の回転速度が十分に速い場合には制御余裕時間αを一定の値として制御余裕時間αの演算を省くことで、効率をほとんど低下させずに、高速回転時のマイコン処理負荷の軽減を図ることができる。
なおこの制御余裕αv(default)の値は、規定値Nthres以上の回転速度において必要な最大の値をあらかじめ計算し、設定する。
【００６１】
前述のように、実施の形態４による車両用電力変換装置によれば、発電機の回転速度が速く、マイコンの処理負荷が高い場合において、制御余裕時間αを一定の値として制御余裕時間αの演算を省くことで、効率をほとんど低下させずに、マイコン処理負荷の軽減を図ることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０１   内燃機関、    １０２   発電機、    １０３   バッテリー（キャパシタ）、
１０４  動力伝達手段、  １１０  電力変換装置、  ２００   回転電機部、
２０１   発電機電機子コイル、    ２０２   発電機界磁コイル、  ２１０   制御装置、
２２０  電力変換部、    ２２１  界磁スイッチング素子（ＦＨ）、
２２２  フリーホイールダイオード、    Ｄp    寄生ダイオード、
２２３a、２２３b、２２３c    正極側アームスイッチング素子、
２２４a、２２４b、２２４c    負極側アームスイッチング素子、
３０１    同期整流許可手段、    ３０２    同期整流制御手段、
３０３    同期整流手段、        ３０４    マイコン、
３０５    回転速度検出手段、    ３０６    加速度演算手段、
３０７    制御余裕演算手段、    ３０８    発電電力検出手段。
【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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【図１４】
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【図１５】
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