(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電力の電圧値を検出する入力電圧検出部と、
出力した電力の電圧値を検出する出力電圧検出部と、
入力された電力をスイッチングして出力するスイッチング素子と、
該スイッチング素子が出力した電力を平滑して出力するチョークコイルと、
スイッチング時の前記スイッチング素子がオフのときに、固定電位端子から前記チョークコイルへ電流を通流させる転流素子と、
前記出力した電力の電流値を目標電流値に近付けるべく、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と
を備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記入力電圧検出部が検出した入力電圧値Ｖｉ、前記出力電圧検出部が検出した出力電圧値Ｖｏ、前記目標電流値Ｉｔ、及び前記転流素子の導通時の既知の両端電圧値Ｖｃに基づき、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出する算出部を備え、
該算出部は、デューティ比＝（Ｖｏ＋Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）／（Ｖｉ＋Ｖｃ）により、デューティ比を算出するように構成してある（ＲｏはＤＣ／ＤＣコンバータの既知の出力抵抗値）
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記出力した電力の電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電圧値Ｖｏが所定電圧値よりも高いか否かを判定する判定部と
を更に備え、
前記算出部は、
該判定部が所定電圧値よりも高いと判定したときは、前記出力電流検出部が検出した出力電流値及び前記目標電流値に基づき、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出するように構成してある請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧検出部と、出力電圧検出部と、入力電力をスイッチングして出力するスイッチング素子と、スイッチング素子が出力した電力を平滑して出力するチョークコイルと、スイッチング時のスイッチング素子がオフのときに、チョークコイルへ電流を通流させる転流素子とを備え、スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して電流制御するＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、バッテリを補助する為の電気二重層キャパシタ等の蓄電器を備えた車両が存在し、バッテリからの直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータにより電流制御しながら、蓄電器に充電する。
また、車両によっては、エネルギー効率を考慮して、比較的高圧の電力と従来の比較的低圧（１２Ｖ）の電力とを使い分けるものがあり、両電力系統間にＤＣ／ＤＣコンバータが接続されて、電圧制御及び電流制御が行われる。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、電流制御では、出力した電力の電流値を検出し、検出した電流値及び目標電流値に基づき、フィードバック制御、例えばＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御として、電流値と目標電流値との偏差を演算し、演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算する。
【０００４】
ＰＩＤ演算では、偏差をそれぞれ個別に比例演算、積分演算、微分演算し、それぞれのゲインを乗じたものを加え合わせて操作量とする。
ＰＩＤ演算した操作量は、ＰＷＭ信号に変換され、スイッチング回路が、その変換されたＰＷＭ信号により、入力された電力をスイッチング素子を用いて電流変換して出力する。
【０００５】
特許文献１には、出力電流値を分岐抵抗を用いたシャント式電流センサて検出し、検出した出力電流値及び目標電流値に基づき、フィードバック制御して操作量を演算し、演算した操作量をＰＷＭ信号に変換し、変換したＰＷＭ信号によりスイッチング素子を制御して、入力された電力を電流変換するＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０４４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようなシャント式電流センサを用いたＤＣ／ＤＣコンバータでは、蓄電器の充電開始時等で、出力電流が小さい（出力電圧も低い）場合、分岐抵抗に流れる電流は更にその数十分の一、数百分の一となって、検出不能となり、電流制御ができなくなるという問題がある。シャント式以外の例えばホール式電流センサを用いれば、小電流でも検出可能であるが、ホール式電流センサは高価であるという問題もある。
【０００８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、出力電流が小さい場合でも、低コストで電流制御を遂行できるＤＣ／ＤＣコンバータ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】
【０００９】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された電力の電圧値を検出する入力電圧検出部と、出力した電力の電圧値を検出する出力電圧検出部と、入力された電力をスイッチングして出力するスイッチング素子と、該スイッチング素子が出力した電力を平滑して出力するチョークコイルと、スイッチング時の前記スイッチング素子がオフのときに、固定電位端子から前記チョークコイルへ電流を通流させる転流素子と、前記出力した電力の電流値を目標電流値に近付けるべく、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記入力電圧検出部が検出した入力電圧値Ｖｉ、前記出力電圧検出部が検出した出力電圧値Ｖｏ、前記目標電流値Ｉｔ、及び前記転流素子の導通時の既知の両端電圧値Ｖｃに基づき、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出する算出部を備え、該算出部は、デューティ比＝（Ｖｏ＋Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）／（Ｖｉ＋Ｖｃ）により、デューティ比を算出するように構成してある（ＲｏはＤＣ／ＤＣコンバータの既知の出力抵抗値）ことを特徴とする。
【００１０】
このＤＣ／ＤＣコンバータでは、入力電圧検出部が、入力された電力の電圧値を検出し、出力電圧検出部が、出力した電力の電圧値を検出する。スイッチング素子が、入力された電力をスイッチングして出力し、チョークコイルが、スイッチング素子が出力した電力を平滑して出力し、転流素子が、スイッチング時のスイッチング素子がオフのときに、固定電位端子からチョークコイルへ電流を通流させる。ＰＷＭ制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力した電力の電流値を目標電流値に近付けるべく、スイッチング素子をＰＷＭ制御する。
算出部は、入力電圧検出部が検出した入力電圧値Ｖｉ、出力電圧検出部が検出した出力電圧値Ｖｏ、目標電流値Ｉｔ、及び転流素子の導通時の既知の両端電圧値Ｖｃに基づき、ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出する。
【００１２】
このＤＣ／ＤＣコンバータでは、算出部は、デューティ比＝（Ｖｏ＋Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）／（Ｖｉ＋Ｖｃ）により、デューティ比を算出する。（但し、ＲｏはＤＣ／ＤＣコンバータの既知の出力抵抗値）
【００１３】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、前記出力した電力の電流値を検出する出力電流検出部と、前記出力電圧値Ｖｏが所定電圧値よりも高いか否かを判定する判定部とを更に備え、前記算出部は、該判定部が所定電圧値よりも高いと判定したときは、前記出力電流検出部が検出した出力電流値及び前記目標電流値に基づき、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出するように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
このＤＣ／ＤＣコンバータでは、出力電流検出部が、出力した電力の電流値を検出し、判定部が、出力電圧値Ｖｏが所定電圧値よりも高いか否かを判定する。算出部は、判定部が所定電圧値よりも高いと判定したときは、出力電流検出部が検出した出力電流値及び目標電流値に基づき、ＰＷＭ制御部のデューティ比を算出する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータによれば、出力電流が小さい場合でも、低コストで電流制御を遂行できるＤＣ／ＤＣコンバータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの動作の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータを、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。
【００１８】
（実施の形態）
図１は、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
このＤＣ／ＤＣコンバータ５は、車両に搭載されており、バッテリＢの出力電力を与えられ、与えられた電力の電流値を目標電流値に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５が出力した電力は、電気二重層キャパシタＣ３に充電される。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、入力電圧検出器２、平滑コンデンサＣ１、ＮチャンネルＦＥＴＴ、ダイオードＤ、チョークコイルＬ１、平滑コンデンサＣ２、平滑コイルＬ２、出力電圧検出器３、出力電流検出器４及び制御部１を備えている。
入力電圧検出器（入力電圧検出部）２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力端子及び接地端子間に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力された電力の電圧値を検出し、制御部１へ与える。
【００２０】
平滑コンデンサＣ１は、入力電圧検出器２に並列に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力された電力を平滑する。
ＦＥＴＴは、ドレインが平滑コンデンサＣ１のプラス極に、ゲートが制御部１に接続され、平滑コンデンサＣ１が平滑した電力をスイッチングしてソースからチョークコイルＬ１へ出力する。
【００２１】
チョークコイルＬ１は、ＦＥＴＴがスイッチングした電力を平滑し、平滑コンデンサＣ２及び平滑コイルＬ２は、チョークコイルＬ１が平滑した電力を更に平滑して、電気二重層キャパシタＣ３へ出力する。
ダイオード（転流素子）Ｄは、ＦＥＴＴのソース及び接地端子間に逆接続されており、スイッチング時のＦＥＴＴがオフのときに、チョークコイルＬ１へ接地端子から電流を通流させる。尚、ダイオードＤの代わりに他のＦＥＴを接続して、制御部１から同期整流させることも可能である。
【００２２】
出力電圧検出器（出力電圧検出部）３は、平滑コンデンサＣ２及び平滑コイルＬ２が平滑した電力の電圧値を検出して制御部１に与える。
出力電流検出器（出力電流検出部）４は、平滑コンデンサＣ２及び平滑コイルＬ２が平滑した電力の電流値を検出して制御部１に与える。
制御部（ＰＷＭ制御部、算出部、判定部）１は、与えられた入力電圧値、出力電圧値、出力電流値及び目標電流値等に基づき、ＰＷＭ信号のデューティ比を算出し、算出したデューティ比のＰＷＭ信号によりＦＥＴＴをスイッチングする。
【００２３】
制御部１は、出力電圧値が例えば３Ｖよりも低いときは、（１）式によりＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。
デューティ比＝（Ｖｏ＋Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）／（Ｖｉ＋Ｖｃ）      （１）
（但し、Ｖｉ；入力電圧値、Ｖｏ；出力電圧値、Ｉｔ；目標電流値、Ｖｃ；ダイオードＤの順方向両端電圧値（導通時の既知の両端電圧値）、Ｒｏ；ＤＣ／ＤＣコンバータの既知の出力抵抗値）
【００２４】
ここで、（１）式の分子（Ｖｏ＋Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）は、目標電流値Ｉｔが通流することによる電圧降下分（Ｉｔ×Ｒｏ＋Ｖｃ）を補正した出力電圧値であり、（１）式の分母（Ｖｉ＋Ｖｃ）は、目標電流値Ｉｔが通流することによる電圧降下分Ｖｃを補正した入力電圧値である。
結局、（１）式は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に電流が殆ど流れていないときの、
デューティ比＝Ｖｏ／Ｖｉ
に近似され、（１）式のデューティ比により電流制御を続けることにより、出力電流値が目標電流値に近付くように変化して行く。
【００２５】
制御部１は、出力電圧値Ｖｏが３Ｖよりも高いときは、出力電流検出器４が検出した出力電流値Ｉｏ及び目標電流値Ｉｔに基づき、例えばＰＩＤ制御として、出力電流値Ｉｏと目標電流値Ｉｔとの偏差を演算し、演算した偏差に基づくＰＩＤ演算により操作量を演算し、演算した操作量をデューティ比に変換する。
【００２６】
以下に、このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御部１は、出力電圧検出器３が検出した出力電圧値Ｖｏを読込み（Ｓ１）、出力電圧値Ｖｏが例えば３Ｖより高いか否かを判定する（Ｓ３）。
制御部１は、出力電圧値Ｖｏが３Ｖより高くなければ（Ｓ３）、入力電圧検出器２が検出した入力電圧値Ｖｉを読込み（Ｓ５）、（１）式によりデューティ比Ｄを算出する（Ｓ７）。
【００２７】
制御部１は、次に、算出したデューティ比Ｄにより、ＦＥＴＴをＰＷＭ制御した後（Ｓ９）、出力電圧検出器３が検出した出力電圧値Ｖｏを読込む（Ｓ１）。
制御部１は、出力電圧値Ｖｏが３Ｖより高ければ（Ｓ３）、出力電流検出器４が検出した出力電流値Ｉｏを読込み（Ｓ１１）、出力電流値Ｉｏ及び目標電流値Ｉｔに基づくフィードバック制御により、デューティ比Ｄを算出する（Ｓ１３）。
制御部１は、次に、算出したデューティ比Ｄにより、ＦＥＴＴをＰＷＭ制御した後（Ｓ９）、出力電圧検出器３が検出した出力電圧値Ｖｏを読込む（Ｓ１）。
【００２８】
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。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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。
【符号の説明】
【００２９】
１  制御部（ＰＷＭ制御部、算出部、判定部）
２  入力電圧検出器（入力電圧検出部）
３  出力電圧検出器（出力電圧検出部）
４  出力電流検出器
５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｂ  バッテリ
Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ
Ｃ３  電気二重層キャパシタ
Ｄ  ダイオード（転流素子）
Ｌ１  チョークコイル
Ｌ２  平滑コイル
Ｔ  ＦＥＴ（スイッチング素子）
【図１】
0006323389.tif 000002
【図２】
0006323389.tif 000003