(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行運転及び回生運転の双方を行う電動機との間で電力の授受を行うための第１端子と、
電源が接続される第２端子と、
前記電源から前記電動機への電力の供給を制御するための昇圧用スイッチング素子と、
前記電動機より得られる回生電力の前記電源への供給を制御するための降圧用スイッチング素子と、
前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子と、前記第２端子との間に接続されるリアクトルとを有する昇降圧コンバータの制御装置において、
前記第１端子の端子電圧値が目標電圧値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電圧制御手段と、
前記リアクトルを通流する電流の値が所定の電流閾値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電流制御手段と、
昇圧中及び降圧中に、前記電圧制御手段又は前記電流制御手段のいずれかを選択的に切り替える制御切替手段と
を備える昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項２】
前記制御切替手段は、前記電圧制御手段による駆動制御が行われているときに、前記リアクトルを通流する電流の絶対値が前記電流閾値よりも大きくなると、前記電流制御手段による駆動制御に切り替える、請求項１に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項３】
前記制御切替手段は、前記電流制御手段による駆動制御が行われているときに、前記第１端子の端子電圧値が前記目標電圧値になると、前記電圧制御手段による駆動制御に切り替える、請求項１に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、前記第１端子の端子電圧値と前記目標電圧値との差に基づくＰＩ制御により、駆動用デューティとしての第１スイッチングデューティを演算して前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子を駆動制御するように構成され、
前記電流制御手段は、前記リアクトルを通流する電流の値と前記電流閾値との差に基づくＰＩ制御により、駆動用デューティとしての第２スイッチングデューティを演算して前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子を駆動制御するように構成され、
前記制御切替手段は、前記電圧制御手段から前記電流制御手段による駆動制御に切り替えるときに、切り替え直後に前記電流制御手段によって演算される第２スイッチングデューティの値が、切り替え直前に前記電圧制御手段によって演算された第１スイッチングデューティと等しくなるように前記第２スイッチングデューティを補正するとともに、前記電流制御手段から前記電圧制御手段による駆動制御に切り替えるときに、切り替え直後に前記電圧制御手段によって演算される第１スイッチングデューティの値が、切り替え直前に前記電流制御手段によって演算された第２スイッチングデューティと等しくなるように前記第１スイッチングデューティを補正する、請求項２又は３に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項５】
前記駆動用デューティとしての前記第１スイッチングデューティ及び前記第２スイッチングデューティの各々には、前記昇圧用スイッチング素子を駆動するときと、前記降圧用スイッチング素子を駆動するときで互いに異なる符号が付される、請求項４に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項６】
前記制御切替手段は、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせる、請求項５に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項７】
前記制御切替手段は、前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御が行われている時に、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を継続させ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を停止させる、請求項５に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項８】
前記制御切替手段は、前記降圧用スイッチング素子の駆動制御が行われている時に、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を停止させ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を継続させる、請求項５に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項９】
前記制御切替手段は、前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子の駆動制御が共に停止状態であるときに、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせる、請求項５に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【請求項１０】
前記制御切替手段は、前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子の駆動制御が共に停止状態であるときに、前記駆動用デューティをオフにする、請求項４乃至９のいずれかの項に記載の昇降圧コンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧用スイッチング素子及び降圧用スイッチング素子を有し、負荷への電力供給の制御と、負荷より得られる回生電力の蓄電素子への供給の制御とを行う昇降圧コンバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一般的な昇降圧コンバータでは、入力側の直流電源を任意の電圧に制御（昇圧）し、出力側に接続される電動機等に電力を供給する。このときの出力電圧の制御方式としては、電圧制御が主流である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、出力側に発電機のような機器が接続される場合は、出力側電圧を一定に保持するために、昇降圧コンバータは出力側から入力側へ電力を移動（降圧）させる必要がある。例えば、コンバータの出力側に接続される機器が電動モータの場合は、負荷の状態によって力行運転と回生運転とが繰り返し行われるため、電力を消費する場合と発電する場合とがある。このため、昇降圧コンバータは、出力側の電圧状態を検出し、昇圧又は降圧のいずれが必要かを判定して制御を切り替える必要がある。
【０００４】
ところが、このような昇降圧コンバータでは、その構造上、昇圧を行うスイッチング素子と降圧を行うスイッチング素子とを同時にオンにすると大電流が流れて危険である。このため、昇圧と降圧とを切り替えるときには、昇圧を行うスイッチング素子と降圧を行うスイッチング素子とをデッドタイムを設けている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−０４２５３６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電圧制御による昇圧動作又は降圧動作を行っているときに、力行運転時及び回生運転時におけるエネルギの移動が大きくなって電流が過大になることにより、スイッチング素子が損傷するおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、スイッチング素子を損傷することなく、昇圧動作及び降圧動作を行うことのできる昇降圧コンバータの制御装置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】
【０００７】
本発明の一局面の昇降圧コンバータの制御装置は、力行運転及び回生運転の双方を行う電動機との間で電力の授受を行うための第１端子と、電源が接続される第２端子と、前記電源から前記電動機への電力の供給を制御するための昇圧用スイッチング素子と、前記電動機より得られる回生電力の前記電源への供給を制御するための降圧用スイッチング素子と、前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子と、前記第２端子との間に接続されるリアクトルとを有する昇降圧コンバータの制御装置において、前記第１端子の端子電圧値が電圧目標値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電圧制御手段と、前記リアクトルを通流する電流の値が所定の電流閾値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電流制御手段と、前記第１端子又は前記リアクトルの負荷が所定負荷以下になるように、前記電圧制御手段又は前記電流制御手段のいずれかを選択的に切り替える制御切替手段とを備える。
【０００８】
また、前記第１端子の端子電圧値が電圧目標値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電圧制御手段と、前記リアクトルを通流する電流の値が所定の電流閾値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電流制御手段とをさらに備え、前記制御切替手段は、前記電動機又は前記蓄電素子の負荷が所定負荷以下になるように、前記電圧制御手段又は前記電流制御手段のいずれかを選択的に切り替えて駆動制御を行わせるために、前記電圧制御手段による駆動制御が行われているときに、前記リアクトルを通流する電流の絶対値が前記電流閾値よりも大きくなると、前記電流制御手段による駆動制御に切り替えてもよい。
【０００９】
また、上述の場合に代えて、前記第１端子の端子電圧値が電圧目標値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電圧制御手段と、前記リアクトルを通流する電流の値が所定の電流閾値になるように、前記昇圧用スイッチング素子又は前記降圧用スイッチング素子を駆動制御する電流制御手段とをさらに備え、前記制御切替手段は、前記電動機又は前記蓄電素子の負荷が所定負荷以下になるように、前記電圧制御手段又は前記電流制御手段のいずれかを選択的に切り替えて駆動制御を行わせるために、前記電流制御手段による駆動制御が行われているときに、前記第１端子の端子電圧値が前記目標電圧値に復帰すると、前記電圧制御手段による駆動制御に切り替えてもよい。
【００１０】
また、これらの場合に、前記電圧制御手段は、前記第１端子の端子電圧値と前記目標電圧値との差に基づくＰＩ制御により、第１スイッチングデューティを演算して前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子を駆動制御するように構成され、前記電流制御手段は、前記リアクトルを通流する電流の値と前記電流閾値との差に基づくＰＩ制御により、第２スイッチングデューティを演算して前記昇圧用スイッチング素子及び前記降圧用スイッチング素子を駆動制御するように構成され、前記制御切替手段は、前記電圧制御手段から前記電流制御手段による駆動制御に切り替えるときに、切り替え直後に前記電流制御手段によって演算される第２スイッチングデューティの値が、切り替え直前に前記電圧制御手段によって演算された第１スイッチングデューティと等しくなるように前記第２スイッチングデューティを補正するとともに、切り替え直後に前記電圧制御手段によって演算される第１スイッチングデューティの値が、切り替え直前に前記電流制御手段によって演算された第２スイッチングデューティと等しくなるように前記第１スイッチングデューティを補正するように構成されてもよい。
【００１１】
また、この場合に、前記第１スイッチングデューティ及び前記第２スイッチングデューティの各々には、前記昇圧用スイッチング素子を駆動するときと、前記降圧用スイッチング素子を駆動するときで互いに異なる符号が付されてもよい。
【００１２】
また、この場合に、前記制御切替手段は、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記電流制御手段に前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記電圧制御手段に前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせてもよい。
【００１３】
また、この場合に、前記制御切替手段は、前記電圧制御手段による前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御が行われている時に、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記電圧制御手段に前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を継続させ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記電圧制御手段に前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を停止させてもよい。
【００１４】
また、上述の場合に代えて、前記制御切替手段は、前記電流制御手段による前記降圧用スイッチング素子の駆動制御が行われている時に、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記電流制御手段に前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を停止させ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記電流制御手段に前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を継続させてもよい。
【００１５】
また、上述の場合に代えて、前記制御切替手段は、前記電圧制御手段及び前記電流制御手段による駆動制御が共に停止状態であるときに、前記駆動用デューティの符号が第１の符号である場合は、前記電圧制御手段に前記昇圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせ、前記駆動用デューティの符号が第２の符号である場合は、前記電流制御手段に前記降圧用スイッチング素子の駆動制御を行わせてもよい。
【００１６】
また、前記切替手段は、前記停止期間に、前記駆動用デューティをオフにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スイッチング素子を損傷することなく、昇圧動作と降圧動作を安定的に行うことのできる昇降圧コンバータの制御装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の昇降圧コンバータの制御装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置によって駆動制御される昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。この昇降圧コンバータは、リアクトル１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２、降圧用ＩＧＢＴ３、電源として用いられるコンデンサ４を接続するための電源接続端子５、モータ６との間で電力を授受するための出力端子７、及び、出力端子７の間に挿入されるコンデンサ８を備える。なお、ここでは、電源としてコンデンサ４を示すが、この電源は、コンデンサ４に限られず、充放電可能な二次電池で構成してもよく、また、電力を送受可能なその他の形態の電源であってもよい。また、出力端子７に接続されるモータ６は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であればよい。
【００２０】
本実施の形態の昇降圧コンバータは、例えば、ハイブリッド式の建設用機械の電源制御部に適用することができる。このような用途では、例えば、キャパシタ４の電圧値が約２００〜３５０Ｖ、出力端子７における出力定格電圧が約３５０Ｖ、定格出力が約２０ｋＷ、瞬時最大出力電力が±８０ｋＷ、定格電流が±１００Ａ、瞬時最大電流が±４００Ａ程度となる。このため、リアクトル１、昇圧用ＩＧＢＴ２、降圧用ＩＧＢＴ３、電源接続端子５、出力端子７、及びコンデンサ８は、このような用途に耐えうるものであることが要求される。
【００２１】
なお、この図１では、昇圧用ＩＧＢＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する制御部を省略する。このような制御部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。本実施の形態では図２を用いて演算処理装置によって実現される制御部について説明する。
【００２２】
図２は、本実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置の回路構成を制御ブロックで示す図である。この図に示すように、本実施の形態の昇降圧コンバータの制御部１０は、電圧制御部１１、電流制御部１２、制御切替部１３、及び昇降圧切替部１４を備える。
【００２３】
この制御部１０には、電源接続端子５、出力端子７、昇圧用ＰＭ（Power Module）１５、及び降圧用ＰＭ１６が接続される。これらは、図１に示すハードウェア構成を実現可能とするように接続される。すなわち、制御部１０によって昇圧用ＰＭ１５及び降圧用ＰＭ１６に含まれる昇圧用ＩＧＢＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３がＰＷＭ駆動され、その結果、電源端子５から電源電圧Vbat及び電源供給電流Ibatが出力され、出力端子７から出力電圧Voutが出力されるように接続される。
【００２４】
電圧制御部１１は、目標電圧値Vout_refと、出力端子７から出力される出力電圧Voutとの差に基づいてＰＩ（Proportional Integral）制御を行うことにより、昇圧用ＩＢＧＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３を駆動制御するための第１スイッチングデューティduty_vを演算する。この第１スイッチングデューティduty_vの演算過程では、制御部１３において、電圧積分値Vout_Iが補正される。この補正の手法については後述する。
【００２５】
電流制御部１２は、電流閾値Ibat_refと、電源接続端子５から出力される電源供給電流Ibatとの差に基づいてＰＩ制御を行うことにより、昇圧用ＩＢＧＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３を駆動制御するための第２スイッチングデューティduty_iを演算する。この第２スイッチングデューティduty_iの演算過程では、制御部１３において、電流積分値Ibat_Iが補正される。この補正の手法については後述する。
【００２６】
ここで、本実施の形態の昇降圧コンバータでは、昇圧用ＩＧＢＴ２を駆動するためのスイッチングデューティと、降圧用ＩＧＢＴ３を駆動するためのスイッチングデューティとに互いに異なる符号を用いて区別を図っている。このため、上述した第１スイッチングデューティ及び前記第２スイッチングデューティの各々には、昇圧用ＩＧＢＴ２の駆動用に正の符号を付し、降圧用ＩＧＢＴ３の駆動用に負の符号を付す。
【００２７】
制御切替部１３は、リアクトル１又はモータ６（出力端子７）の負荷が所定負荷以下になるように、電圧制御部１１又は電流制御部１２のいずれかを選択的に切り替える。具体的には、電圧制御部１１による駆動制御が行われているときに、リアクトル１を通流する電流の絶対値が電流閾値よりも大きくなると、電流制御部１２による駆動制御に切り替える。また、電流制御部１２による駆動制御が行われているときに、出力端子７の端子電圧値が目標電圧値よりも高くなると、電圧制御部１１による駆動制御に切り替える。
【００２８】
このような電圧制御と電流制御との切り替えは、制御切替部１３の切替部１３Ａによって行われる。切替部１３Ａがプラス（＋）に接続されていれば電圧制御が行われ、マイナス（−）に接続されていれば電流制御が行われる。
【００２９】
また、制御切替部１３は、上述のように、電圧制御部１１が演算する電圧積分値を第２スイッチングデューティを用いて補正するとともに、電流制御部１２が演算する電流積分値を第１スイッチングデューティを用いて補正する。
【００３０】
なお、補正手法については、以下で述べるが、電圧制御時は、制御切替部１３の切替部１３Ｂ及び１３Ｃはプラス（＋）側に接続され、電流制御時は、切替部１３Ｂ及び１３Ｃはマイナス（−）側に接続される。
【００３１】
ここで、電圧積分値Vout_I及び電流積分値Ibat_Iの補正について説明する。電圧制御部１１と電流制御部１２とで電圧制御用の第１スイッチングデューティと電流制御用の第２スイッチングデューティとを演算すると、通常は、電圧指令と電流指令は一致しないので、電圧制御と電流制御の切替時に、昇圧用ＩＧＢＴ２又は降圧用ＩＧＢＴ３に供給されるデューティが不連続となるが、本実施の形態の昇降圧コンバータでは、電圧制御部１１と電流制御部１２を切り替える際に、下記条件（１）及び（２）を用いて、スイッチングデューティの初期値を補正している。
（１）Vout_Iを（duty_i - Vout_P）に設定する。
（２）Ibat_Iを（duty_v - Ibat_P）に設定する。
【００３２】
ここで、Vout_Iは電圧制御部１１で演算される電圧積分値、duty_iは電流制御部１２で演算される第２スイッチングデューティ、Vout_Pは電圧制御部１１で演算される電圧比例値である。
【００３３】
また、Ibat_Iは電流制御部１２で演算される電流積分値、duty_vは電圧制御部１１で演算される第１スイッチングデューティ、Ibat_Pは電流制御部１２で演算される電流比例値である。
【００３４】
制御切替部１３は、条件（１）に示すように、電圧制御部１１で演算される電圧積分値Vout_Iを第２スイッチングデューティduty_i及び電圧比例値Vout_Pを用いて補正する。また、制御切替部１３は、条件（２）に示すように、電流制御部１２で演算される電流積分値Ibat_I を第１スイッチングデューティduty_v及び電流比例値Ibat_Pを用いて補正する。
【００３５】
すなわち、電流制御から電圧制御に切り替えられると、制御切替部１３の切替部１３Ａ乃至１３Ｃがすべてマイナス（−）側からプラス（＋）側に切り替えられる。これにより、切替部１３Ｂでは、マイナス（−）側からプラス（＋）側に切り替えられた直後における電圧積分値Vout_Iは、（duty_i−Vout_P）に設定される。この電圧積分値Vout_I（＝duty_i−Vout_P）は、電圧比例値Vout_Pと加算されるため、第１スイッチングデューティduty_vは、電流制御の最後に得られた第２スイッチングデューティduty_iと等しい値となる。
【００３６】
これにより、電流制御から電圧制御への切り替え時に、切替部１３Ａがマイナス（−）からプラス（＋）側に切り替えられても、切替部１３Ａのプラス（＋）側とマイナス（−）側におけるデューティの値は、電流制御の最後に得られた第２スイッチングデューティduty_iであるため、電圧制御への切り替え時における不連続性を解消することができる。
【００３７】
また、同様に、電圧制御から電流制御に切り替えられると、切替部１３Ｃでは、プラス（＋）側からマイナス（−）側に切り替えられた直後における電流積分値Ibat_Iは、（duty_v - Ibat_P）に設定される。この電流積分値Ibat_I（＝duty_v - Ibat_P）は、電流比例値Ibat_Pと加算されるため、第２スイッチングデューティduty_iは、電圧制御の最後に得られた第１スイッチングデューティduty_vと等しい値となる。
【００３８】
これにより、電圧制御から電流制御への切り替え時に、切替部１３Ａがプラス（＋）側からマイナス（−）側に切り替えられても、切替部１３Ａのプラス（＋）側とマイナス（−）側におけるデューティの値は、電圧制御の最後に得られた第１スイッチングデューティduty_vであるため、電流制御への切り替え時における不連続性を解消することができる。
【００３９】
制御切替部１３は、上述のように切替部１３Ａを切り替えることにより、電圧制御部１１から得られる第１スイッチングデューティと、電流制御部１２から得られる第２スイッチングデューティとのいずれかを昇圧用ＰＭ１５及び降圧用ＰＭ１６を駆動するための駆動用デューティduty_refとして選択する。この選択は、電源供給電流Ibatが電源供給電流閾値Ibat_refを超えると、電流制御部１２（すなわち、第２スイッチングデューティ）による駆動制御に切り替え、出力電圧Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰すると、電圧制御部１１（すなわち、第１スイッチングデューティ）による駆動制御部に復帰させることによって実現される。
【００４０】
選択された駆動用デューティduty_refは、昇降圧切替部１４に伝送される。なお、この駆動用デューティduty_refは、第１スイッチングデューティ、又は第２スイッチングデューティのいずれかであるため、昇圧駆動用の駆動用デューティには正の符号が付され、昇降圧駆動用の駆動用デューティには負の符号が付されることになる。
【００４１】
昇降圧切替部１４は、制御切替部１３から伝送される駆動用デューティduty_refの符号に基づき、この駆動用デューティduty_refによって駆動されるパワーモジュールを昇圧用ＰＭ１５又は降圧用ＰＭ１６のいずれかに決定する。
【００４２】
昇圧用ＰＭ（Power Module）１５は、上述の昇圧用ＩＧＢＴ２と、この昇圧用ＩＧＢＴ２を駆動するための駆動回路及び自己保護機能とを組み込んだパワーモジュールである。
【００４３】
同様に、降圧用ＰＭ１６は、上述の降圧用ＩＧＢＴ３と、この降圧用ＩＧＢＴ３を駆動するための駆動回路及び自己保護機能とを組み込んだパワーモジュールである。
【００４４】
なお、図２にはリアクトルを図示しないが、電源端子５から出力される電源供給電流Ibatは、リアクトルを通流する電流である。
【００４５】
なお、上述のように、降圧用ＰＭ１６に含まれる降圧用ＩＧＢＴ３には、昇降圧切替部１４から負の駆動用デューティduty_refが伝送されるため、符号を反転（−１倍）するように構成されている。
【００４６】
図３は、昇降圧切替部１４によって昇降圧動作が切り替えられる際の状態遷移を概念的に示す図である。表１は、図３に示す状態遷移と駆動用デューティの関係を表す。ここで、説明の便宜上、モード０（Mode=0）を運転開始前の停止中、モード１（Mode=1）を昇圧中、モード２（Mode=2）を降圧中、モード３（Mode=3）を無動作（昇降圧切替の間の停止中）とする。
【００４７】
【表１】
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図３及び表１に示すように、昇降圧コンバータの運転開始時（モード０）に、駆動用デューティが０以上である場合は、昇降圧切替部１４は、昇圧用ＰＭ１５の駆動制御を実行させる。一方、駆動用デューティが負の値である場合は、昇降圧切替部１４は、電圧制御部１１に降圧用ＰＭ１６の駆動制御を実行させる。
【００４８】
また、昇圧用ＰＭ１５の駆動制御が行われている時（モード１）に、駆動用デューティが０以上である場合は、昇降圧切替部１４は、昇圧用ＰＭ１５の駆動制御を継続させる。一方、駆動用デューティが負の値である場合は、昇降圧切替部１４は、昇圧用ＰＭ１５の駆動制御を停止させる。
【００４９】
また、降圧用ＰＭ１６の駆動制御が行われている時（モード２）に、駆動用デューティが０以上である場合は、昇降圧切替部１４は、降圧用ＰＭ１６の駆動制御を停止させる。一方、駆動用デューティが負の値である場合は、昇降圧切替部１４は、降圧用ＰＭ１６の駆動制御を継続させる。
【００５０】
さらに、電圧制御部１１及び電流制御部１２による駆動制御が昇降圧の切替の間で共に停止状態であるとき（モード３）に、駆動用デューティが０以上である場合は、昇降圧切替部１４は、昇圧用ＰＭ１５の駆動制御を行わせる。一方、駆動用デューティが負の値である場合は、昇降圧切替部１４は、降圧用ＰＭ１６の駆動制御を実行させる。
【００５１】
なお、昇降圧切替部１４は、モード３における停止期間には、駆動用デューティをオフにする。
【００５２】
図４は、図３に示す状態遷移を時系列的に示す動作説明図である。
【００５３】
図４（ａ）は、昇圧動作から無動作を経て降圧動作に遷移する場合の動作例を示す。このように、昇圧動作と降圧動作との間には、駆動用デューティをオフとする無動作（上述のモード３）の時間を設ける。例えば、２００μ秒毎に昇降圧の制御を行う場合は、昇圧動作から降圧動作に遷移する間の２００μ秒だけ無動作による停止期間が設けられる。これにより、昇降圧切替時に、安定的な動作を実現できる。
【００５４】
同様に、図４（ｂ）は、降圧動作から無動作を経て昇圧動作に遷移する場合の動作例を示す。図４（ｃ）は、昇圧動作から無動作を経て降圧動作に遷移し、再び無動作を経て昇圧動作に遷移する場合の例を示す。これらは、図４（ａ）に示す場合と同様で、昇圧動作から降圧動作に遷移する場合に無動作の状態を経る種々の場合を示す。
【００５５】
図４（ｄ）は、昇圧動作と降圧動作の切替が頻繁に行われる場合の動作例を示す。このように、昇降圧の切替が頻繁に行われる場合は、昇圧動作と降圧動作との切替動作に加えて、昇圧動作から無動作を経て再び昇圧動作になる場合も含まれる。このように同一の動作に復帰する場合でも、無動作の時間は制御周期の１周期（２００μ秒）と短いため、安定的な昇降圧制御を実現できる。
【００５６】
図５は、電圧制御と電流制御の切替条件を概念的に示す図である。図６は、昇圧動作中における電圧制御と電流制御の切替動作を説明するための動作例を示す図である。図７は、降圧動作中における電圧制御と電流制御の切替動作を説明するための動作例を示す図である。このような電圧制御と電流制御の切替動作は、切替制御部１３によって実行される。
【００５７】
図５（ａ）に示すように、昇圧動作中で、電圧制御部１１による電圧制御が行われているときに、電源供給電流Ibatの電流値が電源供給電流閾値Ibat_refよりも大きくなると、リアクトル１に出力端子７に向かう方向の過大電流が通流することを防ぐために、切替制御部１３は、電流制御部１２による駆動制御に切り替える。これは、図６に示す時系列において最初の電圧制御から電流制御に遷移した場合に対応する。
【００５８】
例えば、モータ６の力行量が多い場合や、発電による回生エネルギ量が多い場合は、リアクトル１を始めとする回路素子に許容電流値よりも多い過電流が通流することによって、回路素子が損傷を受ける場合がある。このため、リアクトル１に通流する電源供給電流Ibatの電流値が電源供給電流閾値Ibat_refよりも大きくなった場合には、電流制御部１２による駆動制御に切り替える。
【００５９】
また、電流制御部１２による駆動制御に切り替えられると、図６に示すように、出力電圧Voutは、出力目標電圧値Vout_refから大きく低下し、モータ６の負荷の状態が変わらない限り変化しない。
【００６０】
電流制御部１２による駆動制御が行われているときに、モータ６の力行量、又は回生エネルギ量が小さくなることにより出力電圧Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰すると、切替制御部１３は、電圧制御部１１による駆動制御に切り替える。これは、図６に示す電流制御から、時系列において最後の電圧制御に遷移した場合に対応する。
【００６１】
また、図５（ｂ）に示すように、降圧動作中で、電圧制御部１１による電圧制御が行われているときに、電源供給電流Ibatが電源供給電流閾値Ibat_ref以下になると、リアクトル１に電源端子５に向かう方向の過大電流が通流することを防ぐために、切替制御部１３は、電流制御部１２による駆動制御に切り替える。これは、図７に示す時系列において最初の電圧制御から電流制御に遷移した場合に対応する。
【００６２】
また、電流制御部１２による駆動制御が行われているときに、出力電圧Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰すると、切替制御部１３は、電圧制御部１１による駆動制御に切り替える。これは、図７に示す電流制御から、時系列において最後の電圧制御に遷移した場合に対応する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置によれば、電流制御部１２で演算される第２スイッチングデューティを用いて電圧制御部１１で電圧積分値を演算し、また、電圧制御部１１で演算される第１スイッチングデューティを用いて電流制御部１２で電流積分値を演算する。その上で、電源供給電流Ibatが電源供給電流閾値Ibat_refを超えると、電流制御部１２による駆動制御に切り替え、出力電圧Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰すると、電圧制御部１１による駆動制御部に復帰させる。
【００６４】
このように、電圧制御を基本としつつ、電源供給電流Ibatが過大になると、回路を保護するために電流制御に切り替える。そして、その切り替えのときに、昇圧用ＩＧＢＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３の両方を停止させる停止期間（無動作）を設けるので、昇圧用ＩＧＢＴ２及び降圧用ＩＧＢＴ３を損傷させることなく、昇圧動作と降圧動作との切り替えを安定的に行うことのできる昇降圧コンバータの制御装置を提供できる。
【００６５】
以上では、出力端子７に直流駆動のモータ６を直接接続する形態について説明したが、これに代えて、出力端子７にインバータを介して交流駆動されるモータを接続してもよい。
【００６６】
以上、本発明の例示的な実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置によって駆動制御される昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態の昇降圧コンバータの制御装置の回路構成を制御ブロックで示す図である。
【図３】昇降圧切替部によって昇降圧動作が切り替えられる際の状態遷移を概念的に示す図である。
【図４】図３に示す状態遷移を時系列的に示す動作説明図である。
【図５】電圧制御と電流制御の切替条件を概念的に示す図である。
【図６】昇圧動作中における電圧制御と電流制御の切替動作を説明するための動作例を示す図である。
【図７】降圧動作中における電圧制御と電流制御の切替動作を説明するための動作例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  リアクトル１、２  昇圧用ＩＧＢＴ、３  降圧用ＩＧＢＴ、４  コンデンサ、５  電源接続端子、６  モータ、７  出力端子、８  コンデンサ、１０  制御部、１１  電圧制御部、１２  電流制御部、１３  制御切替部、１４  昇降圧切替部、１５  昇圧用ＰＭ、１６  降圧用ＰＭ。
【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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