(57)【要約】【課題】キャリア周波数を下げることなくデッドタイムによる出力電圧の急変を防止し、うなり音の発生やコンデンサ寿命の低下を防ぐコンバータ制御装置を提供する。【解決手段】リアクトル電流ＩＬの方向に応じて上流側及び下流側トランジスタの駆動信号にデッドタイムを付加する。ＩＬが常に正であれば上流側トランジスタに、ＩＬが常に負であれば下流側トランジスタに、ＩＬが０近傍では上流側及び下流側トランジスタに半分づつ、デッドタイムを付加する。また、ＩＬが、リプル電流の上下ピーク値幅ＩｒＰ−Ｐ  に対して、(ＩｒＰ−Ｐ／２)又は−(ＩｒＰ−Ｐ／２)に非常に近い場合は、上流側及び下流側トランジスタのオン時間を延ばし、ＩＬ減少時の波形を本来の波形に一致させる。【選択図】  図５
2007221920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端に直流電圧を印加し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御装置であって、
前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、
前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段と
を有するコンバータ制御装置。
【請求項２】
前記デューティ補正手段は、
前記リアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較することにより前記リアクトル電流の方向を検出し、
前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点へ入力される方向の前記リアクトル電流を正方向とした場合に、
前記リアクトル電流の電流値が正のときは前記上流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が負のときは前記下流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該下流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が０近傍で正負に変動するときは前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の両方の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路及び当該下流側スイッチング回路の両方のデューティを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ制御装置。
【請求項３】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
当該比較結果 に基づいて式（１）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記所望の出力電圧を得るための前記下流側スイッチング回路のデューティＤに対して、当該下流側スイッチング回路のデューティをＤ−Ｄclに補正し、
前記上流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ−Ｄcuに補正する
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバータ制御装置。
【数１】
2007221920.tif 000017
但し、Ｄｄ は、デッドタイムのデューティ
である。
【請求項４】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
前記比較結果 に基づいて式（２）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記所望の出力電圧を得るための前記下流側スイッチング回路のデューティＤに対して、当該下流側スイッチング回路のデューティをＤ−Ｄclに補正し、
前記上流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ−Ｄcuに補正する
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバータ制御装置。
【数２】
2007221920.tif 000018
但し、Ｖinは、前記下流側スイッチング回路への印加電圧、
Ｖoutは、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直流
回路からの出力電圧、
Ｄｄは、デッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、
Ｔｄは、デッドタイム、
Ｔｃは、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路をＰＷ
Ｍ制御するためのＰＷＭ制御信号のキャリア周期、
Ｄは、所望の出力電圧を得るための前記下流側スイッチング回路のデューテ
ィ、
Ｄ’は、前記上流側スイッチング回路のデューティ、
Ｌは、リアクタンス
である。
【請求項５】
直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端に直流電圧を印加し、前記下流側スイッチング回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御装置であって、
前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、
前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段と
を有するコンバータ制御装置。
【請求項６】
前記デューティ補正手段は、
前記リアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較することにより前記リアクトル電流の方向を検出し、
前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点へ入力される方向の前記リアクトル電流を正方向とした場合に、
前記リアクトル電流の電流値が正のときは前記下流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が負のときは前記上流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該下流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が０近傍で正負に変動するときは前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の両方の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路及び当該下流側スイッチング回路の両方のデューティを補正する
ことを特徴とする請求項５に記載のコンバータ制御装置。
【請求項７】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
当該比較結果 に基づいて式（３）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記所望の出力電圧を得るための前記上流側スイッチング回路のデューティＤ’に対して、当該上流側スイッチング回路のデューティをＤ’−Ｄcuに補正し、
前記下流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ’−Ｄclに補正する
ことを特徴とする請求項６に記載のコンバータ制御装置。
【数３】
2007221920.tif 000019
但し、Ｄｄ は、デッドタイムのデューティ
である。
【請求項８】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
前記比較結果 に基づいて式（４）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記所望の出力電圧を得るための前記上流側スイッチング回路のデューティＤ’に対して、当該上流側スイッチング回路のデューティをＤ’−Ｄcuに補正し、
前記下流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ’−Ｄclに補正する
ことを特徴とする請求項６に記載のコンバータ制御装置。
【数４】
2007221920.tif 000020
但し、Ｖinは、前記下流側スイッチング回路からの出力電圧、
Ｖoutは、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路の直流回
路への印加電圧、
Ｄｄは、デッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、
Ｔｄは、デッドタイム、
Ｔｃは、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路をＰＷ
Ｍ制御するためのＰＷＭ制御信号のキャリア周期、
Ｄ’は、所望の出力電圧を得るための前記上流側スイッチング回路のデューテ
ィ、
Ｄは、前記下流側スイッチング回路のデューティであってＤ＝１−Ｄ’、
Ｌは、リアクタンス
である。
【請求項９】
直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端である第１の入出力端、又は、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端である第２の入出力端の何れか一方に入力された直流電圧を、電圧を変換して何れか他方から出力する双方向コンバータの制御装置であって、
前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、
前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段と
を有するコンバータ制御装置。
【請求項１０】
前記デューティ補正手段は、
前記リアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較することにより前記リアクトル電流の方向を検出し、
前記第１の入出力端に入力された直流電圧を変換して前記第２の入出力端から出力する場合は前記接続点へ入力される方向の前記リアクトル電流を正方向とし、前記第２の入出力端に入力された直流電圧を変換して前記第１の入出力端から出力する場合は前記接続点から出力される方向の前記リアクトル電流を正方向とし、
前記リアクトル電流の電流値が正のときは前記上流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が負のときは前記下流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該下流側スイッチング回路のデューティを補正し、
前記リアクトル電流の電流値が０近傍で正負に変動するときは前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の両方の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路及び当該下流側スイッチング回路の両方のデューティを補正する
ことを特徴とする請求項９に記載のコンバータ制御装置。
【請求項１１】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
当該比較結果 に基づいて式（５）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記下流側スイッチング回路のデューティＤをＤ−Ｄclに補正し、
前記上流側スイッチング回路のデューティＤ’をＤ’−Ｄcuに補正する
ことを特徴とする請求項１０に記載のコンバータ制御装置。
【数５】
2007221920.tif 000021
但し、Ｄｄ は、デッドタイムのデューティ
である。
【請求項１２】
前記デューティ補正手段は、
前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、
前記比較結果 に基づいて式（６）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、
前記下流側スイッチング回路のデューティＤをＤ−Ｄclに補正し、
前記上流側スイッチング回路のデューティＤ’をＤ’−Ｄcuに補正する
ことを特徴とする請求項１０に記載のコンバータ制御装置。
【数６】
2007221920.tif 000022
但し、Ｖinは、前記第１の入出力端又は前記第２の入出力端何れか一方への入力電圧
、
Ｖoutは、前記第１の入出力端又は前記第２の入出力端何れか他方からの出力電
圧、
Ｄｄは、デッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、
Ｔｄは、デッドタイム、
Ｔｃは、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路をＰＷ
Ｍ制御するためのＰＷＭ制御信号のキャリア周期、
Ｄは、前記下流側スイッチング回路のデューティ、
Ｄ’は、前記上流側スイッチング回路のデューティ、
Ｌは、リアクタンス
である。
【請求項１３】
直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端に直流電圧を印加し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御方法であって、
前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出し、
前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正し、
前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する
コンバータ制御方法。
【請求項１４】
直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端に直流電圧を印加し、前記下流側スイッチング回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御方法であって、
前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、
前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する
コンバータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動用の電源回路において使用される、直流電圧の電圧値を所望の値に変換するコンバータ制御装置及びコンバータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車等においてモータを駆動するための電力源として、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータに入力し、インバータにてモータ駆動用の交流電力を生成する装置が知られている（例えば、特許文献１）。この種の装置は、通常、直流電源としての二次電池、直流電圧を昇圧するコンバータ、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、及び、平滑コンデンサ等から構成される。そしてそのコンバータとして、リアクトル、直列に接続された２つのスイッチング素子（例えば、トランジスタあるいはＩＧＢＴ）及びそのスイッチング素子に並列に接続されるダイオード等により構成された回路が一般的に使用されている。
【０００３】
このような装置においては、直流電源からコンバータに流れるリアクトル電流がリアクトル電流のリプル電流よりも小さい範囲では、コンバータの２つのスイッチング素子の両方がオフされるデッドタイムの影響により、コンバータの出力電圧が急激に変化するという問題がある。そのため特許文献１に開示されている装置では、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリプル電流Ｉｒの絶対値より小さい場合（｜ＩＬ｜＜｜Ｉｒ｜の場合）には、コンバータのスイッチング素子（トランジスタ）をオン／オフするＰＷＭ信号のキャリア周波数を下げ、相対的にＰＷＭ信号の１周期に占めるデッドタイムの割合を減少させ、デッドタイムにおける電圧変動を軽減している。
【特許文献１】特開２００４−１１２９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したような方法によりＰＷＭ信号のキャリア周波数を下げると、ＰＷＭ信号の振動数（周波数）が可聴領域あるいは高感度可聴領域に入り、リアクトルのうなり音が発生するという問題がある。また、キャリア周波数を下げると、リプル電流のピーク電流が増大し、電気的ノイズが増大し、コンバータの入出力両側に接続されるコンデンサの寿命が短かくなるという問題も生じる。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリプル電流の絶対値よりも小さくなるような場合、また、そのような場合が生じ易いリアクトル電流が０近傍の値をとる場合において、デッドタイムの影響を無くすことができるような、すなわちキャリア周波数を下げることなく出力電圧の急激な変化を防止することができるような、従ってうなり音の発生やコンデンサ寿命の低下を招くことなく出力電圧の急激な変化を防止することができるような、コンバータ制御装置及びコンバータ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係るコンバータ制御装置は、直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端に直流電圧を印加し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御装置であって、前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段とを有する。
コンバータ制御装置。
【０００７】
好適には、前記デューティ補正手段は、前記リアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較することにより前記リアクトル電流の方向を検出し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点へ入力される方向の前記リアクトル電流を正方向とした場合に、前記リアクトル電流の電流値が正のときは前記上流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路のデューティを補正し、前記リアクトル電流の電流値が負のときは前記下流側スイッチング回路の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該下流側スイッチング回路のデューティを補正し、前記リアクトル電流の電流値が０近傍で正負に変動するときは前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の両方の駆動タイミングを補正することにより前記デッドタイムが確保されるように当該上流側スイッチング回路及び当該下流側スイッチング回路の両方のデューティを補正する。
【０００８】
また好適には、前記デューティ補正手段は、前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、当該比較結果 に基づいて式（８）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、前記所望の出力電圧を得るための前記下流側スイッチング回路のデューティＤに対して、当該下流側スイッチング回路のデューティをＤ−Ｄclに補正し、前記上流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ−Ｄcuに補正する。
【０００９】
また好適には、前記デューティ補正手段は、前記検出されたリアクトルの電流値ＩＬと前記リプル電流の上下ピーク値の差ＩｒＰ−Ｐとを比較し、前記比較結果 に基づいて式（８）及びさらに式（９）〜式（１６）により前記上流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄcu及び前記下流側スイッチング回路のデューティ補正値Ｄclを求め、前記所望の出力電圧を得るための前記下流側スイッチング回路のデューティＤに対して、当該下流側スイッチング回路のデューティをＤ−Ｄclに補正し、前記上流側スイッチング回路のデューティを１−Ｄ−Ｄcuに補正する。
【００１０】
また、本発明に係る他のコンバータ制御装置は、直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端に直流電圧を印加し、前記下流側スイッチング回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御装置であって、前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段とを有する。
【００１１】
また、本発明に係る他のコンバータ制御装置は、直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端である第１の入出力端、又は、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端である第２の入出力端の何れか一方に入力された直流電圧を、電圧を変換して何れか他方から出力する双方向コンバータの制御装置であって、前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する制御手段とを有する。
【００１２】
また、本発明に係るコンバータ制御方法は、直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記下流側スイッチング回路の両端に直流電圧を印加し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御方法であって、前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出し、前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正し、前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する。
【００１３】
また、本発明に係るコンバータ制御方法は、直列に接続された上流側スイッチング回路及び下流側スイッチング回路を有し、前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との直列回路の両端に直流電圧を印加し、前記下流側スイッチング回路の両端から所望の直流電圧を出力するコンバータの制御方法であって、前記直列に接続された前記上流側スイッチング回路と前記下流側スイッチング回路との接続点に流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段と、前記検出されたリアクトル電流と当該リアクトル電流のリプル電流とを比較し、当該比較結果に基づいて、適切なデッドタイムを確保しつつ所望の出力電圧が得られるように前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を駆動するためのデューティを補正するデューティ補正手段と、前記補正されたデューティに基づいて、前記上流側スイッチング回路及び前記下流側スイッチング回路の各々を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リアクトル電流の絶対値がリプル電流の絶対値よりも小さくなるような場合、また、そのような場合が生じ易いリアクトル電流ＩＬが０近傍の値をとる場合において、デッドタイムの影響を無くすことができ、すなわちキャリア周波数を下げることなく出力電圧の急激な変化を防止することができ、従ってうなり音の発生やコンデンサ寿命の低下を招くことなく出力電圧の急激な変化を防止することができるコンバータ制御装置及びコンバータ制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１〜図２０を参照して説明する。
本実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等（以下、単に自動車と称する。）のモータを駆動するモータ駆動装置であって、本発明に係るコンバータ制御装置及びコンバータ制御方法により制御されるコンバータを有するモータ駆動装置について説明する。
【００１６】
図１は、そのモータ駆動装置１０の構成を示す回路図である。
モータ駆動装置１０は、直流電源１１、システムリレー１２及び１３、コンデンサ１４及び１８、電圧センサー１５及び１９、電流センサー１６及び２４（２４−１〜２４−３）、コンバータ１７、インバータ２０、及び、制御装置２５を有する。
なお、図１において、モータＭ１は、モータ駆動装置１０が駆動対象とする交流モータである。モータＭ１は、自動車の駆動輪の駆動やエンジンの始動を行う電動機としての機能と、自動車が回生運転されるときにマイナス負荷を電源側に還元する発電機としての機能とを有する。
【００１７】
まず、モータ駆動装置１０の各部の構成について説明する。
直流電源１１は、ニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池である。
直流電源１１は、モータＭ１がモータ駆動装置１０により駆動されているときには、その駆動電力をコンデンサ１４を介してコンバータ１７に供給する。また、モータＭ１が回生駆動されているときは、直流電源１１は、モータＭ１で発電された電力がコンバータ１７等を介して供給され、充電される。
【００１８】
システムリレー１２及び１３は、制御装置２５からの信号ＳＥによりオン／オフされ、直流電源１１とモータ駆動装置１０の本体側、すなわちコンデンサ１４及びコンバータ１７側との接続を、接続状態あるいは切断状態にする。
【００１９】
コンデンサ１４は、直流電源１１から供給された電圧を蓄積し、必要に応じて平滑化し、コンバータ１７へ供給する。またモータＭ１が回生駆動されているときは、コンバータ１７から供給される直流電圧を平滑化し、直流電源１１に印加する。
【００２０】
電圧センサー１５は、直流電源１１とモータ駆動装置１０との間で入出力される直流電圧Ｖinを、コンデンサ１４の両端電圧を検出することにより検出し、検出結果を制御装置２５に供給する。
【００２１】
電流センサー１６は、コンバータ１７のリアクトルＬ１に流れるリアクトル電流ＩＬを検出し、その検出したリアクトル電流ＩＬを制御装置２５へ出力する。
【００２２】
コンバータ１７は、直流電源１１からの電力によりモータＭ１が電動機として駆動されているときは、昇圧コンバータとして動作し、直流電源１１からコンデンサ１４を介して供給される直流電圧を昇圧し、コンデンサ１８を介してインバータ２０に供給する。
また、モータＭ１が発電機として動作して直流電源１１に充電が行われるときは、コンバータ１７は降圧コンバータとして動作し、インバータ２０からコンデンサ１８を介して供給される直流電圧を降圧し、直流電源１１に供給する。
【００２３】
コンバータ１７は、図示のごとくリアクトルＬ１、ＮＰＮトランジスタＱ１及びＱ２、及び、ダイオードＤ１及びＤ２を有する。
リアクトルＬ１の一方の端子は直流電源１１側の電源ラインに接続され、他方の端子はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、インバータ２０側の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタはインバータ２０側の電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはインバータ２０側のアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２が各トランジスタＱ１，Ｑ２と並列に接続される。
【００２４】
このような構成により、モータＭ１の駆動中、コンバータ１７は、制御装置２５から入力される制御信号ＰＷＵに基づいて、ＮＰＮトランジスタＱ２がオンされる期間に応じて規定される昇圧率で直流電源１１から供給される直流電圧を昇圧し、インバータ２０に出力する。また、直流電源１１の充電中、コンバータ１７は、制御装置２５から入力される制御信号ＰＷＤに基づいて、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされる期間に応じて規定される降圧率でインバータ２０から供給される直流電圧を降圧し、直流電源１１を充電する。
【００２５】
コンデンサ１８は、モータＭ１の駆動中は、コンバータ１７からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０へ供給する。また、直流電源１１の充電中は、インバータ２０からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をコンバータ１７へ供給する。
【００２６】
電圧センサー１９は、コンデンサ１８の両端の電圧、すなわち、モータＭ１が電動機として駆動されているときはコンバータ１７の出力電圧（インバータ２０への入力電圧）Ｖｍを検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置２５へ出力する。また、モータＭ１が発電機として駆動されているときはインバータ２０の出力電圧（コンバータ１７への入力電圧）Ｖｍを検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置２５へ出力する。
【００２７】
インバータ２０は、モータＭ１が直流電源１１からの電力により電動機として駆動されるときは、制御装置２５からの信号ＰＷＭＩに基づいて、コンデンサ１８から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、モータＭ１（交流モータ）を駆動する。これにより、モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。
また、モータＭ１が発電機として駆動されて直流電源１１に充電が行われるときは、インバータ２０は、モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置２５からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ１８を介してコンバータ１７へ供給する。
【００２８】
インバータ２０は、Ｕ相アーム２１、Ｖ相アーム２２及びＷ相アーム２３を有する。Ｕ相アーム２１、Ｖ相アーム２２及びＷ相アーム２３は、電源ラインとアースラインとの間に各々並列に設けられる。
Ｕ相アーム２２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を、Ｖ相アーム２３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６を、及び、Ｗ相アーム２４は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を各々有する。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれトランジスタＱ３〜Ｑ８と並列に接続されている。
【００２９】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルに接続される。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ相コイルがＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルがＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルがＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３０】
電流センサー２４（２４−１〜２４−３）は、交流モータＭ１に流れる各相のモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置２５へ出力する。
【００３１】
制御装置２５は、車両全体を制御する図示せぬＥＣＵ（Electrical Control Unit ）から入力されたトルク指令値ＴＲ及びモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１５から入力される直流電圧Ｖin、電圧センサー１９から入力される出力電圧Ｖｍ、及び、電流センサー２４から入力されるモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法によりコンバータ１７を駆動するための信号ＰＷＵ、及び、インバータ２０を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、各々コンバータ１７及びインバータ２０へ出力する。
【００３２】
また、制御装置２５は、自動車が回生駆動モードに入ったことを示す信号をＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ２０へ出力する。この場合、インバータ２０のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ２０は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１７へ供給する。
【００３３】
さらに、制御装置２５は、自動車が回生駆動モードに入ったことを示す信号をＥＣＵから受けると、インバータ２０から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをコンバータ１７へ出力する。これにより、交流モータＭ１で発電されインバータ２０で変換された直流電圧は、降圧されて直流電源１１に供給される。
さらに、制御装置２５は、システムリレー１２及び１３をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレー１２及び１３へ出力する。
以上が、モータ駆動装置１０の各部の構成の説明である。
【００３４】
次に、このような構成のモータ駆動装置１０における本発明に係るコンバータ１７の制御方法について説明する。
まず、コンバータ１７における、デューティ、デッドタイム、昇圧率（降圧率）及び出力電圧の関係について説明し、デッドタイムの影響を無くして所望の昇圧率（降圧率）を得るためのデッドタイムの付加の方法について説明する。
なお、前述したように、コンバータ１７は、モータ駆動装置１０が直流電源１１からの直流電力により電動機としてのモータＭ１を駆動しているときは昇圧コンバータとして動作し、モータＭ１が回生駆動されて発電機として動作しているときは、直流電源１１に充電を行うための降圧コンバータとして動作する。以下、まずコンバータ１７が昇圧コンバータとして動作する場合の制御方法について説明を行う。
【００３５】
コンバータ１７を昇圧コンバータとしてみた場合、その昇圧率は、トランジスタ及びダイオードにより形成される下流側のスイッチング回路のデューティで決まる。但し、上流側及び下流側トランジスタが同時にオン状態となるのを避けるためにデッドタイムを設けると、実質的なデューティが変化し、昇圧率が変化し、出力電圧も変化する。
これについて、図２（Ａ）〜図２（Ｋ）を参照して説明する。
【００３６】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、昇圧率を２倍にするために上流側及び下流側トランジスタをそれぞれ５０％のオンデューティで動作させるための信号波形を示す図であり、デッドタイムを設けない場合の波形図である。図２（Ａ）に示す波形１−１が上流側トランジスタを駆動するための信号を示す図であり、図２（Ｂ）に示す波形１−２が下流側トランジスタを駆動するための信号を示す図であり、図２（Ｃ）に示す波形１−３が上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図である。これら図２（Ａ）〜図２（Ｃ）より、下流側スイッチング回路は、５０％のデューティで動作していることがわかる。
【００３７】
これに対して、図２（Ｄ）〜図２（Ｇ）は、上流側トランジスタにのみデッドタイムを設けた場合の信号波形図である。図２（Ｄ）に示す波形２−１が上流側トランジスタを駆動するための信号を示す図であり、図２（Ｅ）に示す波形２−２が下流側トランジスタを駆動するための信号を示す図である。また、図２（Ｆ）に示す波形２−３は、リアクトル電流ＩＬが正の場合の上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図であり、図２（Ｇ）に示す波形２−４は、リアクトル電流ＩＬが負の場合の上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図である。
【００３８】
デッドタイムを付加するため上流側トランジスタのオンデューティは、デッドタイムをデューティ５％相当の時間とすると、４０％に減少する必要がある。このときの中間点の電圧は、リアクトルに流れている電流の向きに依存する。すなわち、リアクトル電流ＩＬが正であれば上流側及び下流側トランジスタがオフのときは上流側ダイオードに電流が流れるため、中間点の電圧は、図２（Ｆ）に示す波形２−３のように、下流側スイッチング回路のデューティが５０％の動作となり、規定通りの昇圧率となる。しかし、リアクトル電流ＩＬが負の場合は、上流側及び下流側トランジスタがオフのときは下流側ダイオードに電流が流れるため、図２（Ｇ）に示す波形２−４のように、下流側スイッチング回路のデューティが６０％の動作となり、昇圧率も規定から変化し、出力電圧も変化する。
【００３９】
また、図２（Ｈ）〜図２（Ｋ）は、下流側トランジスタにのみデッドタイムを設けた場合の信号波形図である。図２（Ｈ）に示す波形３−１が上流側トランジスタを駆動するための信号を示す図であり、図２（Ｉ）に示す波形３−２が下流側トランジスタを駆動するための信号を示す図である。また、図２（Ｊ）に示す波形３−３は、リアクトル電流ＩＬが正の場合の上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図であり、図２（Ｋ）に示す波形３−４は、リアクトル電流ＩＬが負の場合の上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図である。
【００４０】
デッドタイムを付加するため下流側トランジスタのオンデューティは、デッドタイムをデューティ５％相当の時間とすると、４０％に減少する必要がある。このときの中間点の電圧は、リアクトルに流れている電流の向きに依存する。すなわち、リアクトル電流ＩＬが正であれば上流側及び下流側トランジスタがオフのときは上流側ダイオードに電流が流れるため、中間点の電圧は、図２（Ｊ）に示す波形３−３のように、下流側スイッチング回路のデューティが４０％の動作となり、昇圧率も規定から変化し、出力電圧も変化する。一方、リアクトル電流ＩＬが負の場合は、上流側及び下流側トランジスタがオフのときは下流側ダイオードに電流が流れるため、図２（Ｋ）に示す波形３−４のように、下流側スイッチング回路のデューティが５０％の動作となり、規定通りの昇圧率となる。
【００４１】
以上より、デッドタイムの影響を無くして所望の昇圧率（降圧率）を得るためには、基本的に、リアクトル電流が正の場合は上流側トランジスタにデッドタイムを付加し、リアクトル電流が負の場合は下流側トランジスタにデッドタイムを付加するのが適切であることがわかる。
【００４２】
次に、リアクトル電流のリプル電流の影響について説明する。
昇圧コンバータのリアクトルを流れる電流には、リプル電流が含まれる。通常、リアクトル電流ＩＬは、リアクトル電流の平均値（直流分）を示し、リプル電流の電流値の中心値す。
上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧とリプル電流及びリアクトル電流との関係を図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示す。
【００４３】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、下流側スイッチング回路がオンのときにリプル電流の瞬時値は増加し、オフのときに減少する。
このリプル電流の幅（最大値と最小値の差）ＩｒＰ−Ｐ  は、式（７）により表される。
【００４４】
【数７】
2007221920.tif 000003
【００４５】
なお、式（７）において、Ｔｃはキャリア周期であり、Ｄは昇圧コンバータのオンデューティであり、Ｖｉｎは入力側電圧であり、Ｌはリアクタンスである。なお、コンバータ１７が昇圧コンバータとして動作する場合、その昇圧率は、トランジスタＱ２及びダイオードＤ２により形成される下流側スイッチング回路のデューティで決まる。従って、この場合のオンデューティは下流側スイッチング回路のデューティである。
そして、図３（Ｃ）に示すようにＩＬ＞ＩｒＰ−Ｐ  ／２ならば、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て正になり、図３（Ｄ）に示すようにＩＬ＜−ＩｒＰ−Ｐ  ／２ならば、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て負になる。また、図３（Ｂ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが０近傍の−ＩｒＰ−Ｐ  ／２＜ＩＬ＜ＩｒＰ−Ｐ  ／２の範囲では、リアクトル電流ＩＬは正負両方の値をとる。
【００４６】
このことから、デッドタイムは次のような方法で付加するのが好適である。
まず、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て正であれば、上流側トランジスタにデッドタイムを付加する。
また、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て負であれば、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する。
また、リアクトル電流ＩＬが０近傍では、上流側及び下流側トランジスタそれぞれに半分づつデッドタイムを付加する。
これを式により示すと、式（８）のように示すことができる。
【００４７】
【数８】
2007221920.tif 000004
【００４８】
リアクトル電流が０近傍の場合の上述のルールについて、さらに図４を参照して説明する。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、下流側スイッチング回路のオンデューティを５０％にしたい場合に実際に上流側トランジスタ及び下流側トランジスタに印加する駆動信号の波形を示す図であり、図４（Ｃ）は、上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧を示す図であり、図４（Ｄ）はリアクトル電流の瞬時値を示す図である。
デッドタイムを考慮しない場合は、上流側トランジスタ及び下流側トランジスタはともにデューティ５０％の駆動信号により駆動すればよいが、デッドタイムを考慮する場合には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、上流側トランジスタの駆動信号及び下流側トランジスタの駆動信号ともに、その立ち上がり時、すなわちオフからオンに移行するときに、立ち上がり時間をデッドタイム分だけ遅らせ、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの期間を設ける。
【００４９】
上流側トランジスタがオンするときは、リアクトル電流は最大値、すなわち正になっているため、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は上流側ダイオードがオンし、デッドタイムの影響を受けない。
また、下流側トランジスタがオンするときには、リアクトル電流は最小値、すなわち負となっており、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は下流側ダイオードがオンし、同じくデッドタイムの影響を受けない。
その結果、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、下流側スイッチング回路は実際にデューティ５０％で動作することになる。
【００５０】
次に、このようなデッドタイムの付加方法を実現するためにコンバータ１７に印加する駆動信号を生成するための回路について、具体的な回路構成の例を図５に示す。
図５は、本発明に係るコンバータ１７を制御するコンバータ制御装置１００の構成を示す図である。
コンバータ制御装置１００は、三角波発生器１１０、補正値演算部１２０、加算器１３０、減算器１４０、第１の比較器１５０、第２の比較器１６０及び反転素子（ＮＯＴロジック）１７０を有する。
なお、コンバータ制御装置１００は、図１に示したモータ駆動装置１０において、制御装置２５の１機能を実現する回路として制御装置２５に含まれる構成部である。
【００５１】
三角波発生器１１０は、値が０から１の間で変化する三角波を発生する。
補正値演算部１２０は、デッドタイムを付加した各トランジスタの駆動信号を生成するための上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値Ｄclを演算生成する。
加算器１３０は、下流側スイッチング回路のオンデューティＤに上流側デューティ補正値Ｄcuを加えて、補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuを生成する。
減算器１４０は、下流側スイッチング回路のオンデューティＤから下流側デューティ補正値Ｄclを減じて、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclを生成する。
【００５２】
第１の比較器１５０は、補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuと三角波発生器１１０で生成された三角波とを比較することにより、上流側トランジスタを駆動するためのＰＷＵ信号の原信号を生成する。
第２の比較器１６０は、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclと三角波発生器１１０で生成された三角波とを比較することにより、下流側トランジスタを駆動するためのＰＷＤ信号を生成する。
反転素子１７０は、第１の比較器１５０で生成された上流側トランジスタを駆動するためのＰＷＵ信号の原信号を反転し、実際に上流側トランジスタを駆動するＰＷＵ信号を生成する。
【００５３】
このような構成のコンバータ制御装置１００の動作について、図６〜図８を参照して説明する。
図６は、上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
上流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て正のときである。このとき、デッドタイムのデューティをＤd （＝Ｔd／Ｔc）とすると、下流側にはデッドタイムを付加しないので、下流側デューティ補正値Ｄclは０となり、上流側デューティ補正値Ｄcuが２Ｄd に設定される。
【００５４】
図６は、オンデューティＤ＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００の動作を説明するための波形図である。
下流側については、補正値演算部１２０で生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０であるため、設定されるオンデューティＤ（＝０．６）が減算器１４０を介してそのまま第２の比較器１６０に入力され、三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．６以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図６（Ｂ）に示すようなデューティ６０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００５５】
一方、上流側については、補正値演算部１２０で生成される上流側デューティ補正値Ｄcuは０．２（＝２Ｄd ）となるため、加算器１３０でオンデューティＤにこの上流側デューティ補正値Ｄcuが加算されて補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuとして０．８の値が得られ、これが第１の比較器１５０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．８以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図６（Ａ）に示すようなデューティ２０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００５６】
図６に示したように上流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て正のときであり、従って、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は上流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に下流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７は設定通りの所望の昇圧率で動作することになる。
【００５７】
図７は、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
下流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て負のときである。このとき、上流側にはデッドタイムを付加しないので、上流側デューティ補正値Ｄcuは０となり、下流側デューティ補正値Ｄclが２Ｄd に設定される。
【００５８】
図７は、オンデューティＤ＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００の動作を説明するための波形図である。
上流側については、補正値演算部１２０で生成される上流側デューティ補正値Ｄcuは０であるため、設定されるオンデューティＤ（＝０．６）が加算器１３０を介してそのまま第１の比較器１５０に入力され、三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．６以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図７（Ａ）に示すようなデューティ４０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００５９】
一方、下流側については、補正値演算部１２０で生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０．２（＝２Ｄd ）となるため、減算器１４０でオンデューティＤからこの下流側デューティ補正値Ｄclが減算され、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclとして０．４の値が得られ、これが第２の比較器１６０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．４以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図７（Ｂ）に示すようなデューティ４０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００６０】
図７に示したように下流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て負のときであり、従って、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は下流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に下流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７は設定通りの所望の昇圧率で動作することになる。
【００６１】
図８は、上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
これは、リアクトル電流ＩＬが０近傍の場合であり、このとき、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値ＤclにともにデッドタイムのデューティＤd を設定する。
図８は、オンデューティＤ＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で上流側トランジスタ及び下流側トランジスタの両方にデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００の動作を説明するための波形図である。
【００６２】
上流側については、補正値演算部１２０で生成される上流側デューティ補正値Ｄcuは０．１（＝Ｄd ）となるため、加算器１３０でオンデューティＤにこの上流側デューティ補正値Ｄcuが加算されて補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuとして０．７の値が得られ、これが第１の比較器１５０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．７以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図８（Ａ）に示すようなデューティ３０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００６３】
下流側については、補正値演算部１２０で生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０．１（＝Ｄd ）となるため、減算器１４０でオンデューティＤからこの下流側デューティ補正値Ｄclが減算され、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclとして０．５の値が得られ、これが第２の比較器１６０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．５以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図８（Ｂ）に示すようなデューティ５０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【００６４】
図８に示したように上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合、上流側トランジスタがオンするときは、リアクトル電流は最大値、すなわち正になっているため、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は上流側ダイオードがオンする。また、下流側トランジスタがオンするときには、リアクトル電流は最小値、すなわち負となっているため、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は下流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に下流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７は設定通りの所望の昇圧率で動作することになる。
【００６５】
図９は、補正値演算部１２０における演算処理の流れを示すフローチャートである。
まず、リアクトル電流ＩＬを読み込み（ステップＳ１１）、入力電圧Ｖinを読み込み（ステップＳ１２）、式（８）に基づいてリプル電流の上下ピーク値の差（最大値と最小値との差、振幅の２倍（以下、ＩｒＰ−Ｐ  ／２をリプル電流の振幅と称する場合もある））ＩｒＰ−Ｐ  を算出する（ステップＳ１３）。
次に、リアクトル電流ＩＬとリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２とを比較することにより、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て正か、負か、あるいは０近傍の値であるかを判断する（ステップＳ１４及びステップＳ１５）。
【００６６】
リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２よりも大きい場合は（ステップＳ１４）、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て正となるので、前述したように上流側トランジスタにのみデッドタイムを付加するべく、上流側デューティ補正値ＤcuにデッドタイムのデューティをＤd の２倍の値を設定し、下流側デューティ補正値Ｄclには０を設定する（ステップＳ１６）。
【００６７】
また、リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２よりも小さい場合は（ステップＳ１５）、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て負となるので、前述したように下流側トランジスタにのみデッドタイムを付加するべく、下流側デューティ補正値ＤclにデッドタイムのデューティをＤd の２倍の値を設定し、上流側デューティ補正値Ｄcuには０を設定する（ステップＳ１７）。
【００６８】
また、リアクトル電流ＩＬとリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２との関係がステップＳ１４及びステップＳ１５の何れの関係も満たさない場合、すなわち、リアクトル電流ＩＬが、−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）≦ＩＬ≦（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）の範囲内にある場合は、上流側及び下流側トランジスタの両方にデッドタイムを付加するべく、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値Ｄclの両方にデッドタイムのデューティＤd を設定する（ステップＳ１８）。
【００６９】
ところで、リアクトル電流ＩＬが、ＩＬ＜（ＩｒＰ−Ｐ  ／２)であるものの（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合、及び、リアクトル電流ＩＬが、ＩＬ＞−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２)であるものの−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合は、前述したような方法においてもデッドタイムの影響を受ける。
図１０は、リアクトル電流ＩＬが（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合の上流側及び下流側トランジスタの駆動信号とリアクトル電流ＩＬの状態を示す図であり、リアクトル電流ＩＬの谷側の頂点部分で、その値が負になっている。
この場合、上流側トランジスタの駆動信号がオフになってからリアクトル電流ＩＬが正になるまでの時間Ｔｐが、デッドタイムＴｄより小さい場合、電流が０になってから下流側トランジスタがオンするまでの間は電流経路が無くなり、短時間ではあるが電流がゼロになる。このため、点線で示す本来の電流波形に対して、実線で示すように電流値がずれ、出力電圧が変動する。
【００７０】
このようなデッドタイムの影響も軽減させることができる本発明に係るコンバータの制御方法について説明する。
図１１は、このような場合のデッドタイムの影響を軽減するための方法を説明するための図である。
図１１に示すように、下流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の減少時の波形を、本来の波形にほぼ一致させることができ、デッドタイムの影響を大幅に軽減することができる。
このときの補正値Ｄcp（＝Ｔcp／Ｔc ）、Ｄcu、Ｄclは、式（９）〜式（１１）により求めることができる。
【００７１】
【数９】
2007221920.tif 000005
【００７２】
【数１０】
2007221920.tif 000006
【００７３】
【数１１】
2007221920.tif 000007
【００７４】
なお、この補正する範囲は、式（１２）により規定する範囲である。
【００７５】
【数１２】
2007221920.tif 000008
【００７６】
なお、式（９）〜式（１２）において、Ｖinは電圧センサー１５で計測される（あるいは規定の）コンバータ１７への入力電圧、Ｖoutはコンバータ１７から出力すべき（あるいは規定の）出力電圧、ＤｄはデッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、Ｔｄはデッドタイム、Ｔｃは、上流側トランジスタ及び下流側トランジスタを駆動するＰＷＭ制御信号のキャリア周期、Ｄは所望の出力電圧を得るための下流側スイッチング回路のデューティ、Ｌはリアクタンスである。
【００７７】
また、図１２は、リアクトル電流ＩＬが−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合の上流側及び下流側トランジスタの駆動信号とリアクトル電流ＩＬの状態を示す図であり、リアクトル電流ＩＬの山側の頂点部分で、その値が正になっている。
この場合、下流側トランジスタの駆動信号がオフになってからリアクトル電流ＩＬが負になるまでの時間Ｔｐが、デッドタイムＴｄより小さい場合、電流が０になってから上流側トランジスタがオンするまでの間は電流経路が無くなり、短時間ではあるが電流がゼロになる。このため、点線で示す本来の電流波形に対して、実践のように電流値がずれ、出力電圧が変動する。
【００７８】
図１３は、このような場合のデッドタイムの影響を軽減するための方法を示す図である。
図１３に示すように、上流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の増加時の波形を、本来の波形にほぼ一致させることができ、デッドタイムの影響を大幅に軽減することができる。
このときの補正値Ｄcn（＝Ｔcn／Ｔc ）、Ｄcu、Ｄclは、式（１３）〜式（１５）により求めることができる。
【００７９】
【数１３】
2007221920.tif 000009
【００８０】
【数１４】
2007221920.tif 000010
【００８１】
【数１５】
2007221920.tif 000011
【００８２】
また、この補正する範囲は、式（１６）により規定する範囲である。
【００８３】
【数１６】
2007221920.tif 000012
【００８４】
なお、式（１３）〜式（１６）において、Ｖinは電圧センサー１５で計測される（あるいは規定の）コンバータ１７への入力電圧、Ｖoutはコンバータ１７から出力すべき（あるいは規定の）出力電圧、ＤｄはデッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、Ｔｄはデッドタイム、Ｔｃは、上流側トランジスタ及び下流側トランジスタを駆動するＰＷＭ制御信号のキャリア周期、Ｄは所望の出力電圧を得るための下流側スイッチング回路のデューティ、Ｄ’は上流側スイッチング回路のデューティであってＤ’＝１−Ｄ、Ｌはリアクタンスである。
また、
【００８５】
上述したようなリアクトル電流ＩＬが（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合のデッドタイムの影響を軽減するようなコンバータ１７の駆動信号を生成するための、補正値演算部１２０（図５参照）における演算処理について、図１４のフローチャートを参照して説明する。
補正値演算部１２０においては、まず、リアクトル電流ＩＬを読み込み（ステップＳ１１）、入力電圧Ｖinを読み込み（ステップＳ１２）、式（１）に基づいてリプル電流の幅（最大値と最小値との差、振幅の２倍）ＩｒＰ−Ｐ  を算出する（ステップＳ１３）。
【００８６】
このような、リアクトル電流ＩＬが（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合のデッドタイムの影響をも軽減する方法について、図１４を参照して説明する。
図１４は、図５に示したコンバータ制御装置１００の補正値演算部１２０で行う補正値の算出方法を示すフローチャートであり、特に、リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合のデッドタイムの影響を軽減する方法をも考慮した補正値の算出方法を示す図である。
【００８７】
まず、リアクトル電流ＩＬ（ステップＳ２１）、入力電圧Ｖin（ステップＳ２２）及び出力電圧Ｖout （ステップＳ２３）を順に読み込み、リプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２、及び、リアクトル電流ＩＬがデッドタイムの影響を考慮する必要がある程（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に近い値をとっているか否かを判定するための閾値ａ（ステップＳ２５）及び閾値ｂ（ステップＳ２６）を算出する。
なお、リプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２は、前述した式（７）に基づいて算出するが、閾値ａ及び閾値ｂは、式（１７）及び式（１８）により算出する。
【００８８】
【数１７】
2007221920.tif 000013
【００８９】
【数１８】
2007221920.tif 000014
【００９０】
なお、式（１７）及び式（１８）において、Ｖinは電圧センサー１５で計測される（あるいは規定の）コンバータ１７への入力電圧、Ｖoutはコンバータ１７から出力すべき（あるいは規定の）出力電圧、ＤｄはデッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、Ｔｄはデッドタイム、Ｔｃは、上流側トランジスタ及び下流側トランジスタを駆動するＰＷＭ制御信号のキャリア周期、Ｄは所望の出力電圧を得るための下流側スイッチング回路のデューティ、Ｄ’は上流側スイッチング回路のデューティであってＤ’＝１−Ｄ、Ｌはリアクタンスである。
【００９１】
次に、リアクトル電流ＩＬとリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２とを比較することにより、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て正か、負か、あるいは補正の必要な０近傍の（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に近い値であるか、あるいは、補正が不要な程度に十分にゼロに近い値であるかを判定する（ステップＳ２７〜ステップＳ３０）。
【００９２】
すなわち、リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２以上の場合は（ステップＳ２７）、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て正となるので、前述したように上流側トランジスタにのみデッドタイムを付加するべく、上流側デューティ補正値ＤcuにデッドタイムのデューティをＤd の２倍の値を設定し、下流側デューティ補正値Ｄclには０を設定する（ステップＳ３１）。
【００９３】
リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２以上でなかった場合は（ステップＳ２７）、次に、リアクトル電流ＩＬがステップＳ２５で求めた閾値ａより大きいか否かを判定する（ステップＳ２８）。リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２よりも小さいものの閾値ａより大きいという状態は、リアクトル電流ＩＬが、（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近くデッドタイムの影響を考慮する必要がある状態であることを意味する。
この場合は、前述したように下流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の減少時の波形を本来の波形にほぼ一致させる補正を行う。すなわち、式（２）により補正値Ｄcpを求め、式（３）及び式（４）に示したように、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値Ｄclを設定する（ステップＳ３２）。
【００９４】
また、リアクトル電流ＩＬがリプル電流の振幅ＩｒＰ−Ｐ  ／２に対して−ＩｒＰ−Ｐ  ／２以下の値をとっている場合は（ステップＳ２９）、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て負となるので、前述したように下流側トランジスタにのみデッドタイムを付加するべく、下流側デューティ補正値ＤclにデッドタイムのデューティをＤd の２倍の値を設定し、上流側デューティ補正値Ｄcuには０を設定する（ステップＳ３３）。
【００９５】
リアクトル電流ＩＬが−ＩｒＰ−Ｐ  ／２以下でなかった場合は（ステップＳ２９）、次に、リアクトル電流ＩＬがステップＳ２６で求めた閾値ｂより小さいか否かを判定する（ステップＳ３０）。リアクトル電流ＩＬが−ＩｒＰ−Ｐ  ／２よりも大きいものの閾値ｂより小さいという状態は、すなわち、リアクトル電流ＩＬが、−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近くデッドタイムの影響を考慮する必要がある状態であることを意味する。
この場合は、前述したように上流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の増加時の波形を本来の波形にほぼ一致させる補正を行う。すなわち、式（６）により補正値Ｄcnを求め、式（７）及び式（８）に示したように、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値Ｄclを設定する（ステップＳ３４）。
【００９６】
そしてリアクトル電流ＩＬが、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の何れの関係も満たさない場合、すなわち、リアクトル電流ＩＬが、閾値ａ以下で閾値ｂ以上である場合は、上流側及び下流側トランジスタの両方にデッドタイムを付加するべく、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値Ｄclの両方にデッドタイムのデューティＤd を設定する（ステップＳ３５）。
【００９７】
図１５は、本方式を適用した場合の昇圧コンバータとしてのコンバータ１７の出力電圧を示す図である。
図１５（Ａ）は、コンバータ１７の出力電流Ｉout を示す図であり、図１５（Ｂ）〜図１５（Ｄ）は、各々、図１５（Ａ）に示す出力電流Ｉout に対応する出力電圧を示す図である。なお、出力電圧の指示値は４００Ｖである。
図１５（Ｂ）に示す図は、比較参考のための図であって、デッドタイムを上流側及び下流側トランジスタに半分ずつ付加する方式をリアクトル電流ＩＬの全領域に適用した場合の出力電圧を示す図である。出力電流に応じて電圧が大きく変動している。
【００９８】
これに対して、図１５（Ｃ）に示す図は、リアクトル電流を３段階に分けて補正値を決めた場合（図９に示したフローチャートに従って補正値を求めた場合）の出力電圧を示す図である。定常的な電圧変動は、図１５（Ｂ）に示した場合と比べて大幅に改善されている。
また、図１５（Ｄ）に示す図は、リアクトル電流を５段階に分けて補正値を決めた場合（図１４に示したフローチャートに従って補正値を求めた場合）の出力電圧を示す図である。図１５（Ｃ）に示した図と比較して、過渡的な電圧変動がさらに改善されている。
【００９９】
このように、本実施形態のモータ駆動装置１０によれば、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリプル電流Ｉｒの絶対値よりも小さくなるような場合においても、キャリア周波数を下げることなく、従って出力電圧の急激な変化やうなり音の発生を防止し、また、コンデンサ寿命の低下を招くことなく、デッドタイムの影響を無くすことができる。
【０１００】
以上、コンバータ１７が昇圧コンバータとして動作する場合のコンバータ１７の制御方法について説明したが、次に、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合のコンバータ１７の制御方法について図１６〜図２０を参照して説明する。
コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合とは、モータＭ１が回生駆動されて発電機として動作し、モータＭ１から直流電源１１に対して充電が行われるときの動作である。
【０１０１】
コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合も、前述した昇圧コンバータとしての動作する場合と基本的に同じ方法によりデッドタイムを設定することにより、デッドタイムによる悪影響が生じることなく所望の出力電圧を得ることができる。コンバータ１７において、その降圧コンバータとしての動作は、前述した昇圧コンバータとしての動作の入出力を反対にしリアクトル電流の正負の方向を反対にすることで、昇圧コンバータと同じ処理により制御を行うことができる。但し、以下の説明においては、理解を容易にするために、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合の条件、設定に特化して、モータ駆動装置１０の構成及びその動作を説明する。
【０１０２】
図１６は、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合に、そのコンバータ１７を制御するコンバータ制御装置１００ｂの構成を示す図である。
コンバータ制御装置１００ｂは、三角波発生器１１０、補正値演算部１２０ｂ、加算器１３０、減算器１４０、第１の比較器１５０、第２の比較器１６０及び反転素子（ＮＯＴロジック）１７０を有する。
【０１０３】
コンバータ制御装置１００ｂは、入出力信号及び補正値演算部１２０ｂ内で処理する処理内容が前述したコンバータ制御装置１００と異なるのみで、三角波発生器１１０、及び、加算器１３０〜反転素子１７０の機能及び動作は、図５に示したコンバータ制御装置１００の対応する各構成部の機能及び動作と基本的に同じである。
従って、コンバータ制御装置１００とコンバータ制御装置１００ｂとは、実際には１の装置として構成され、すなわち双方向コンバータ１７の制御装置として構成され、モータＭ１の駆動状況に応じて、コンバータ制御装置１００（コンバータ制御装置１００ｂ）に入出力される信号、及び、補正値演算部１２０（補正値演算部１２０ｂ）の処理内容を切り換えるようにして、制御装置２５に実装されるのが好適である。
【０１０４】
但し、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合、その降圧率は、トランジスタＱ１及びダイオードＤ１により形成される上流側スイッチング回路のデューティで決まる。従って、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合は、コンバータ制御装置１００ｂの入力データとしてのオンデューティは、上流側スイッチング回路のデューティとするのが好ましい。しかし、前述したようにコンバータ１７を昇圧コンバータとして動作させる場合と降圧コンバータとして動作させる場合とで同一構成のコンバータ制御装置（１００及び１００ｂ）を使用できることを示すために、図１６に示すコンバータ制御装置１００ｂへは、下流側スイッチング回路のデューティＤを入力するものとする。従って、図１６に示すコンバータ制御装置１００ｂの入力信号としてのデューティＤは、下流側スイッチング回路のオンデューティＤであって、以下の説明で主に使用する降圧コンバータとしてのオンデューティＤ’（上流側スイッチング顔路のデューティ）から、計算式Ｄ＝１−Ｄ’により求められるデューティである。
【０１０５】
コンバータ１７を降圧コンバータとして動作させる場合のコンバータ制御装置１００ｂの補正値演算部１２０ｂにおける補正値の求め方については、後段のコンバータ制御装置１００ｂの動作説明の際に説明する。
【０１０６】
コンバータ制御装置１００ｂの動作について、図１７〜図２０を参照して説明する。
まず、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合のリアクトル電流について説明する。
降圧コンバータのリアクトルを流れる電流と、上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧との関係を図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）に示す。
【０１０７】
図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）に示すように、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合には、上流側スイッチング回路がオンのときにリプル電流の瞬時値は増加し、オフのときに減少する。
このリプル電流の幅（最大値と最小値の差）ＩｒＰ−Ｐ  は、前述した式（１）により表される。但し、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する際の式（１）における電圧入力Ｖinは、図１６に示すようにインバータ２０の出力電圧（コンデンサ１８の両端電圧）である。
【０１０８】
そして、図１７（Ｃ）に示すように、ＩＬ＞ＩｒＰ−Ｐ  ／２ならば、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て正になり、図１７（Ｄ）に示すようにＩＬ＜−ＩｒＰ−Ｐ  ／２ならば、リアクトル電流ＩＬの瞬時値は全て負になる。また、図１７（Ｂ）に示すように、リアクトル電流ＩＬが０近傍の−ＩｒＰ−Ｐ  ／２＜ＩＬ＜ＩｒＰ−Ｐ  ／２の範囲では、リアクトル電流ＩＬは正負両方の値をとる。なお、この場合も、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する際のリアクトル電流ＩＬの向きは、図１６に示すようにコンバータ１７から直流電源１１方向が正となり、コンバータ１７が昇圧コンバータとして動作する前述した場合とは符号が反対となる。
【０１０９】
このことから、コンバータ１７が降圧コンバータとして動作する場合も、デッドタイムは、コンバータ１７が昇圧コンバータとして動作する場合と同様の方法により付加するのが好適である。
すなわち、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て正であれば、上流側トランジスタにデッドタイムを付加し、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て負であれば、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する。また、リアクトル電流ＩＬが０近傍では、上流側及び下流側トランジスタそれぞれに半分づつデッドタイムを付加する。
【０１１０】
なお、この条件を式で示す場合、電圧値及びリアクトル電流を図１６に示したように規定するのであれば、コンバータ１７を昇圧コンバータとして使用する場合（図５参照）と全く同じ式により表すことができる。すなわち、この条件及びデッドタイムの付加方法は、式（８）により示すことができる。
しかし、例えばコンバータ１７が双方向コンバータである場合等で、コンバータ１７を降圧コンバータとして動作させる場合を図５に示したような昇圧コンバータとして動作させる場合の電圧値及びリアクトル電流の規定と同じ規定により示そうとした場合、このデッドタイムの付加条件及び付加方法は、式（１９）のように示される。
【０１１１】
【数１９】
2007221920.tif 000015
【０１１２】
すなわち図５に示したような電圧値及びリアクトル電流の規定の下では、コンバータ１７の降圧コンバータは、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て負であれば上流側トランジスタにデッドタイムを付加し、リアクトル電流ＩＬの瞬時値が全て正であれば下流側トランジスタにデッドタイムを付加し、リアクトル電流ＩＬが０近傍では、上流側及び下流側トランジスタそれぞれに半分づつデッドタイムを付加することになる。
なお、これらの式及び説明が全く同じ意味であることは、前述した説明、及び、式１９の入出力電圧（Ｖin及びＶout ）及びリアクトル電流の符号を反対にすれば式（８）
と同一の式となることからも明らかである。
【０１１３】
このような構成のコンバータ制御装置１００ｂの動作について、図１８〜図２０を参照して説明する。
図１８は、上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
上流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て正のときである。このとき、デッドタイムのデューティをＤd （＝Ｔd／Ｔc）とすると、下流側にはデッドタイムを付加しないので、下流側デューティ補正値Ｄclは０となり、上流側デューティ補正値Ｄcuが２Ｄd に設定される。
【０１１４】
図１８は、オンデューティ（上流側スイッチング回路のデューティ）Ｄ’＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００ｂの動作を説明するための波形図である。なお、この場合のコンバータ制御装置１００ｂ（図１６）の入力情報たる下流側スイッチング回路のデューティＤは、０．４（＝１−０．６）となる。
【０１１５】
この場合、下流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０であるため、設定されるデューティＤ（＝０．４）が減算器１４０を介してそのまま第２の比較器１６０に入力され、三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．４以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図１８（Ｂ）に示すようなデューティ４０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１１６】
一方、上流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される上流側デューティ補正値Ｄcuは０．２（＝２Ｄd ）となるため、加算器１３０でデューティＤにこの上流側デューティ補正値Ｄcuが加算されて補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuとして０．６の値が得られ、これが第１の比較器１５０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．６以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図１８（Ａ）に示すようなデューティ４０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１１７】
図１８に示したように上流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て正のときであり、従って、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は上流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に上流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７ｂは設定通りの所望の降圧率で動作することになる。
【０１１８】
図１９は、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
下流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て負のときである。このとき、上流側にはデッドタイムを付加しないので、上流側デューティ補正値Ｄcuは０となり、下流側デューティ補正値Ｄclが２Ｄd に設定される。
【０１１９】
図１９は、オンデューティ（上流側スイッチング回路のデューティ）Ｄ’＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００ｂの動作を説明するための波形図である。なお、この場合も、コンバータ制御装置１００ｂ（図１６）の入力情報たる下流側スイッチング回路のデューティＤは、０．４（＝１−０．６）となる。
【０１２０】
上流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される下流側デューティ補正値Ｄcuは０であるため、設定されるデューティＤ（＝０．４）がそのまま加算器１３０を介して第１の比較器１５０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．４以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図１９（Ａ）に示すようなデューティ６０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１２１】
一方、下流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０．２（＝２Ｄd ）となるため、減算器１４０でデューティＤからこの下流側デューティ補正値Ｄclが減算され、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclとして０．２の値が得られ、これが第２の比較器１６０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．２以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図１９（Ｂ）に示すようなデューティ２０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１２２】
図１９に示したように下流側トランジスタにデッドタイムを付加するのは、リアクトル電流の瞬時値が全て負のときであり、従って、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は下流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に上流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７は設定通りの所望の降圧率で動作することになる。
【０１２３】
図２０は、上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
これは、リアクトル電流ＩＬが０近傍の場合であり、このとき、上流側デューティ補正値Ｄcu及び下流側デューティ補正値ＤclにともにデッドタイムのデューティＤd を設定する。
図２０は、オンデューティ（上流側スイッチング回路のデューティ）Ｄ’＝０．６、デッドタイムのデューティＤd ＝０．１とした場合で上流側トランジスタ及び下流側トランジスタの両方にデッドタイムを付加する場合のコンバータ制御装置１００ｂの動作を説明するための波形図である。なお、この場合も、コンバータ制御装置１００ｂ（図１６）の入力情報たる下流側スイッチング回路のデューティＤは、０．４（＝１−０．６）となる。
【０１２４】
上流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される上流側デューティ補正値Ｄcuは０．１（＝Ｄd ）となるため、加算器１３０でデューティＤにこの上流側デューティ補正値Ｄcuが加算されて補正された上流側オンデューティＤ＋Ｄcuとして０．５の値が得られ、これが第１の比較器１５０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．５以下の場合に立ち上がる図示せぬ上流側トランジスタの駆動信号の原信号が生成され、これが反転素子１７０で反転され、図２０（Ａ）に示すようなデューティ５０％の上流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１２５】
下流側については、補正値演算部１２０ｂで生成される下流側デューティ補正値Ｄclは０．１（＝Ｄd ）となるため、減算器１４０でデューティＤからこの下流側デューティ補正値Ｄclが減算され、補正された下流側オンデューティＤ−Ｄclとして０．３の値が得られ、これが第２の比較器１６０に入力されて三角波発生器１１０で生成された三角波の値と比較される。その結果、三角波の値が０．３以下の場合に下流側トランジスタの駆動信号が立ち上がることになり、図８（Ｂ）に示すようなデューティ３０％の下流側トランジスタの駆動信号が生成される。
【０１２６】
図２０に示したように上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合、上流側トランジスタがオンするときは、リアクトル電流は最大値、すなわち正になっているため、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は上流側ダイオードがオンする。また、下流側トランジスタがオンするときには、リアクトル電流は最小値、すなわち負となっているため、上流側及び下流側トランジスタの両方がオフの間は下流側ダイオードがオンする。その結果、このようなデッドタイムの付加の仕方により実質的に上流側スイッチング回路はデューティ６０％で動作することとなり、コンバータ１７は設定通りの所望の降圧率で動作することになる。
【０１２７】
コンバータ１７を降圧コンバータとして使用する場合も、コンバータ１７を昇圧コンバータとして使用する場合に図１０を参照して説明したのと同様に、リアクトル電流ＩＬがＩＬ＜（ＩｒＰ−Ｐ  ／２)であるものの（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合、及び、リアクトル電流ＩＬがＩＬ＞−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２)であるものの−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合には、前述したような方法においてもデッドタイムの影響を受ける。
このような場合は、同じくコンバータ１７を昇圧コンバータとして使用する場合に図１１〜図１４を参照して説明した方法と同じ方法により、デッドタイムの影響を大幅に軽減することができる。すなわち、図１６に規定する回路条件において、リアクトル電流ＩＬが（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合には、下流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の減少時の波形を本来の波形にほぼ一致させることができ、デッドタイムの影響を大幅に軽減することができる。また、リアクトル電流ＩＬが−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合には、上流側トランジスタのオン時間を延ばすことにより、リアクトル電流の増加時の波形を本来の波形にほぼ一致させることができ、デッドタイムの影響を大幅に軽減することができる。
【０１２８】
コンバータ１７を降圧コンバータとして動作させる場合であって、リアクトル電流ＩＬが（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）あるいは−（ＩｒＰ−Ｐ  ／２）に非常に近い場合のこのような動作も、電圧値及びリアクトル電流を図１６に示したように規定するのであれば、コンバータ１７を昇圧コンバータとして使用する場合（図５参照）と全く同じ式により表すことができる。すなわち、この条件及びデッドタイムの付加方法は、式（９）〜式（１６）等、及び、図１４に示した式により表すことができる。
しかし、例えばコンバータ１７が双方向コンバータである場合等で、コンバータ１７の降圧コンバータとしての動作を、図５に示したようなコンバータ１７を昇圧コンバータとして動作させる場合の電圧値及びリアクトル電流の規定と同じ規定により示そうとした場合、このデッドタイムの付加条件及び付加方法は、まとめて記載すると式（２０）のように示される。
【０１２９】
【数２０】
2007221920.tif 000016
【０１３０】
なお、式（２０）において、Ｖinは電圧センサー１５で計測される（あるいは規定の）コンバータ１７からの出力電圧、Ｖoutはインバータ２０から出力される（あるいは規定の）入力電圧、ＤｄはデッドタイムのデューティであってＤｄ＝Ｔｄ／Ｔｃ、Ｔｄはデッドタイム、Ｔｃは、上流側トランジスタ及び下流側トランジスタを駆動するＰＷＭ制御信号のキャリア周期、Ｄ’は所望の出力電圧を得るための上流側スイッチング回路のデューティ、Ｄは下流側スイッチング回路のデューティであってＤ＝１−Ｄ’、Ｌはリアクタンスである。
【０１３１】
なお、式（２０）が、コンバータ１７を昇圧コンバータとして使用する場合の式（９）〜式（１６）等と実質的に同じ意味であることは、式（２０）の入出力電圧（Ｖin及びＶout ）及びリアクトル電流ＩＬの符号を反対にすれば、それぞれ対応する式（式（９）〜式（１６）等）と同一の式となることから明らかである。
【０１３２】
このように、本実施形態のモータ駆動装置１０、コンバータ制御装置１００及びコンバータ制御装置１００ｂによれば、リアクトル電流の方向に応じてデッドタイムを適切に付加しており、特に、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリプル電流の絶対値よりも小さくなるような場合、また、そのような場合が生じ易いリアクトル電流が０近傍の値をとる場合においても、リアクトル電流とリプル電流とを比較して適切にデッドタイムを付加している。従って、そのような条件においても、キャリア周波数を下げることなく、デッドタイムにより出力電圧が急激に変化するような悪影響を無くすことができる。また、これにより、うなり音の発生やコンデンサ寿命の低下等をも防ぐことができる。
【０１３３】
なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【０１３４】
例えば、前述した実施形態では、モータ駆動装置１０はハイブリッド自動車に搭載されるものであり、そのコンバータ１７は、モータＭ１が電動機として動作し直流電源１１からの電力によりモータＭ１が駆動されているときは昇圧コンバータとして動作し、モータＭ１が発電機として動作して直流電源１１に充電が行われるときには降圧コンバータとして動作するものであった。しかし、モータ駆動装置１０は電気自動車にも適用可能であり、その場合、モータ駆動装置１０のコンバータ１７は、昇圧コンバータとしてのみ作用することになる。そのような構成であっても、本願発明の範囲内であることは明らかである。
【０１３５】
また、前述したデューティ補正値を求める各式において、出力電圧Ｖout としては、実際の電圧出力の計測値を使用せず、制御装置内で使用する電圧指示値を使用するようにしてもよい。
【０１３６】
また、所望の出力を得るためのデューティＤは、例えば、式Ｄ＝１−Ｖin／Ｖout により求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態のモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、図１に示したモータ駆動装置のコンバータにおける、デッドタイムの設定によるデューティの変化を説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示したモータ駆動装置のコンバータにおける、上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧とリプル電流及びリアクトル電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、リアクトル電流が０近傍の場合のデッドタイム付加ルールについて説明する図であり、上柳側及び下流側トランジスタの各駆動信号、その接続点（中間点）の電圧、及び、リアクトル電流の瞬時値を示す図である。
【図５】図５は、図１に示したモータ駆動装置のコンバータを昇圧コンバータとして制御するためのコンバータ制御装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、図５に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【図７】図７は、図５に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【図８】図８は、図５に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【図９】図９は、図５に示したコンバータ制御装置の補正値演算部における演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、リアクトル電流が（リプル電流の上下ピーク値幅） ／２に非常に近い場合の上流側及び下流側トランジスタの駆動信号とリアクトル電流の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した状態においてデッドタイムの影響を軽減するための方法を説明するための図である。
【図１２】また、図１２は、リアクトル電流が−（リプル電流の上下ピーク値幅） ／２に非常に近い場合の上流側及び下流側トランジスタの駆動信号とリアクトル電流の状態を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した状態においてデッドタイムの影響を軽減するための方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、リアクトル電流が（リプル電流の上下ピーク値幅） ／２あるいは −（リプル電流の上下ピーク値幅） ／２に非常に近い場合ｎｉ，図５に示したコンバータ制御装置の補正値演算部における演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本実施形態の方式を適用した場合の昇圧コンバータとしてのコンバータの出力電圧を示す図である。
【図１６】図１６は、図１に示したモータ駆動装置のコンバータを降圧コンバータとして制御するためのコンバータ制御装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、コンバータのリアクトルを流れる電流と、上流側トランジスタと下流側トランジスタとの接続点（中間点）の電圧との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、図１６に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、上流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【図１９】図１９は、図１６に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、下流側トランジスタにデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【図２０】図２０は、図１６に示したコンバータ制御装置及びコンバータにおいて、上流側及び下流側トランジスタに半分ずつのデッドタイムを付加する場合の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…モータ駆動装置
１１…直流電源
１２，１３…システムリレー
１４，１８…コンデンサ
１５，１９…電圧センサー
１６，２４…電流センサー
１７…コンバータ
２０…インバータ
２１…Ｕ相アーム
２２…Ｖ相アーム
２３…Ｗ相アーム
２５…制御装置
１００…コンバータ制御装置
１１０…三角波発生器
１２０…補正値演算部
１３０…加算器
１４０…減算器
１５０…第１の比較器
１６０…第２の比較器
１７０…反転素子
【図１】
2007221920.tif 000023
【図２】
2007221920.tif 000024
【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】
2007221920.tif 000033
【図１２】
2007221920.tif 000034
【図１３】
2007221920.tif 000035
【図１４】
2007221920.tif 000036
【図１５】
2007221920.tif 000037
【図１６】
2007221920.tif 000038
【図１７】
2007221920.tif 000039
【図１８】
2007221920.tif 000040
【図１９】
2007221920.tif 000041
【図２０】
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