(57)【要約】【課題】電圧変換装置におけるリアクトル電流の平均値を正確に検出する。【解決手段】電圧変換装置の制御装置（３０）は、リアクトル（Ｌ１）に夫々直列に接続される第１スイッチング素子（Ｑ１）及び第２スイッチング素子（Ｑ２）を択一的にオンとすることで、第１アーム及び第２アームのいずれか一方のみによる片アーム駆動を実現可能な電圧変換装置（１２）を制御する。電圧変換装置の制御装置は、リアクトル電流（ＩＬ）を検出する電流検出手段（１８，３１０）と、検出されたリアクトル電流を用いて、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の各々のオンオフを切替えるゲート信号（ＰＷＣ）の周期単位でリアクトル電流の平均値（ａｖｅＩＬ）を推定する平均値推定手段（３３０）と、推定されたリアクトル電流の平均値に基づいて、電圧変換装置の動作を制御する制御手段（３５０）とを備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルに夫々直列に接続される第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を択一的にオンとすることで、前記第１スイッチング素子を含んでなる第１アーム及び前記第２スイッチング素子を含んでなる第２アームのいずれか一方のみによる片アーム駆動を実現可能な電圧変換装置の制御装置であって、
前記リアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出する電流検出手段と、
前記検出されたリアクトル電流を用いて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の各々のオンオフを切替えるゲート信号の周期単位で前記リアクトル電流の平均値を推定する平均値推定手段と、
前記推定されたリアクトル電流の平均値に基づいて、前記電圧変換装置の動作を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする電圧変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記平均値推定手段は、
前記リアクトル電流がゼロとなる前記ゲート信号の立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでの第１の期間及び前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流を用いて、前記第１の期間に前記リアクトルに流れる第１の電流量を算出する第１電流量算出手段と、
前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流及び前記立ち下がりタイミング直後における前記リアクトル電流を用いて、前記リアクトル電流がゼロとなるタイミングを算出するゼロタイミング算出手段と、
前記立ち下がりタイミングから前記リアクトル電流がゼロとなるタイミングまでの第２の期間及び前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流を用いて、前記第２の期間に前記リアクトルに流れる第２の電流量を算出する第２電流量算出手段と、
前記第１の電流量及び前記第２の電流量、並びに前記ゲート信号の１周期分の期間を用いて、前記リアクトル電流の平均値を算出する平均値算出手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記ゲート信号の立ち上がりタイミングでのリアクトル電流及び立ち下がりタイミングでのリアクトル電流の中間値を前記リアクトル電流の平均値として推定する第２の平均値推定手段と、
前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流及び前記立ち下がりタイミング直後における前記リアクトル電流を用いて、次の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流を予測する電流値予測手段と、
前記予測されたリアクトル電流に基づいて、前記平均値推定手段及び前記第２の平均値推定手段のいずれを用いるかを切替える切替手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電圧変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両等に搭載される電圧変換装置の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタ等）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの電動車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるためのモータジェネレータを備える場合がある。このように、走行状態に応じてモータジェネレータを制御するために、電動車両にはインバータが搭載される。
【０００４】
このような車両においては、車両状態によって変動するインバータが利用する電力を安定的に供給するために、蓄電装置とインバータとの間に電圧変換装置（コンバータ）が備えられる場合がある。このコンバータにより、インバータの入力電圧を蓄電装置の出力電圧より高くして、モータの高出力化ができるとともに、同一出力時のモータ電流を低減することで、インバータ及びモータの小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００５】
そして、電動車両のさらなる燃費向上のためには、このコンバータの損失を低減して効率を向上させることが重要である。このため、例えば特許文献１から３では、昇圧コンバータを片アームだけでスイッチング駆動させるという技術が提案されている。このような技術によれば、電流リプルを減らせる分、コンバータの損失を低減させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２０３２９号公報
【特許文献２】特開２００６−０７４９３２号公報
【特許文献３】国際公開２０１０−１３７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンバータは、リアクトルに流れる電流の平均値に基づいて、その動作が制御される。しかしながら、上述した片アーム駆動を行う場合には、正の電流に対応するアームが駆動される際に負の電流を流すことができず、負の電流に対応するアームが駆動される際には正の電流を流すことができない。よって、リアクトル電流がゼロ付近となると、通常の方法ではリアクトル電流の平均値を求めることが困難となってしまう。
【０００８】
具体的には、リアクトル電流の平均値は、例えばスイッチング素子のオンオフを切替えるゲート信号を生成するためのキャリア信号に応じたタイミングでリアクトル電流がサンプリングされることで検出される。これは、キャリア信号の山及び谷が、スイッチング素子の切替えタイミング（言い換えれば、リアクトル電流の山及び谷）のほぼ中間地点となることを利用している。
【０００９】
これに対し、片アーム駆動を行う場合には、いずれか一方の極性でしか電流を流すことができないため、リアクトル電流がゼロ付近となる際に非線形的な制御が行われる。このため、キャリア信号の山及び谷が、スイッチング素子の切替えタイミングの中間地点からずれることになる。よって、キャリア信号に基づくタイミングでリアクトル電流をサンプリングしても、正確な平均値を推定することができない。
【００１０】
以上のように、上述した特許文献１から３に記載されている片アーム駆動には、リアクトル電流の平均値をゼロ付近において正確に検出することが困難であるという技術的問題点がある。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、片アーム駆動を行う電圧変換装置において、リアクトル電流の平均値を高い精度で推定することが可能な電圧変換装置の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電圧変換装置の制御装置は上記課題を解決するために、リアクトルに夫々直列に接続される第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を択一的にオンとすることで、前記第１スイッチング素子を含んでなる第１アーム及び前記第２スイッチング素子を含んでなる第２アームのいずれか一方のみによる片アーム駆動を実現可能な電圧変換装置の制御装置であって、前記リアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出する電流検出手段と、前記検出されたリアクトル電流を用いて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の各々のオンオフを切替えるゲート信号の周期単位で前記リアクトル電流の平均値を推定する平均値推定手段と、前記推定されたリアクトル電流の平均値に基づいて、前記電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備える。
【００１３】
本発明に係る電圧変換装置は、例えば車両に搭載されるコンバータであり、リアクトルに夫々直列に接続される第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備えている。第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、或いは電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。
【００１４】
なお、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の各々には、例えばダイオードが並列に接続されており、それぞれ第１アーム及び第２アームを形成している。即ち、第１スイッチング素子は第１アームを形成しており、そのスイッチング動作によって、第１アームにおける駆動のオンオフを切替えることができる。同様に、第２スイッチング素子は第２アームを形成しており、そのスイッチング動作によって、第２アームにおける駆動のオンオフを切替えることができる。
【００１５】
また、本発明に係る電圧変換装置は特に、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を択一的にオンとするように制御することで、第１スイッチング素子を含んでなる第１アーム及び第２スイッチング素子を含んでなる第２アームのいずれか一方のみによる片アーム駆動を実現することが可能とされている。
【００１６】
片アーム駆動が行われる際には、例えば出力すべき電圧値や電流値等に基づいて、第１アーム及び第２アームのいずれのアームで片アーム駆動を行うべきかが判定される。より具体的には、例えば電圧変換装置に接続されるモータジェネレータが回生動作を行う場合に第１アームによる片アーム駆動が選択され、力行動作を行う場合に第２アームによる片アーム駆動が選択される。このように、片アーム駆動時には、第１アームによる片アーム駆動及び第１アームによる片アーム駆動が適宜切替えられる。
【００１７】
本発明に係る電圧変換装置の制御装置は、上述した電圧変換装置の動作を制御する装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１８】
本発明に係る電圧変換装置の制御装置の動作時には、電流検出手段によって、リアクトルを流れる電流であるリアクトル電流が検出される。電流検出手段は、例えばリアクトル周辺に設けられる電流センサ及び適切なタイミングでリアクトル電流をサンプリングするＡＤＣ（Analog to Digital Converter）等によって構成される。
【００１９】
リアクトル電流が検出されると、平均値推定手段によって、リアクトル電流の平均値が推定される。ここで本発明では特に、リアクトル電流の平均値は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の各々のオンオフを切替えるゲート信号の周期単位で算出される。具体的には、リアクトル電流の平均値は、ゲート信号の１周期分の期間（例えば、ゲート信号の立ち上がりタイミングから次の立ち上がりタイミングまでの期間）における平均値として算出される。
【００２０】
リアクトル電流の平均値の推定方法としては、例えばキャリア信号に基づいてリアクトル電流をサンプリングして算出する方法も考えられる。しかしながら、片側アーム駆動を行う場合には、アームを切替えない限りいずれか一方の極性でしか電流を流すことができないため、キャリア信号とリアクトル電流との対応関係が通常の駆動（即ち、片アーム駆動でない駆動）を行う場合とは異なる状況が生じ得る。例えば、片アーム駆動では、リアクトル電流がゼロ付近となる場合に非線形的な制御を行うため、リアクトル電流の周期的な上下が一時的に乱れる。よって、仮にキャリア信号に基づいて平均値を算出しようとしても、片アーム駆動を行っている場合には、正確な値とはならないおそれがある。
【００２１】
しかるに本発明では、上述したように、リアクトル電流の平均値がゲート信号の周期単位で推定される。ここでゲート信号の周期は、キャリア信号とは違い、片アーム駆動においてもリアクトル電流との対応関係が崩れない。より具体的には、リアクトル電流は、ゲート信号の立ち上がりタイミングにおいて上昇を開始し、ゲート信号の立ち下がりタイミングで下降を開始する。従って、ゲート信号の周期単位で平均値を算出するようにすれば、片アーム駆動を行う場合であっても、正確な値を推定することができる。
【００２２】
リアクトル電流の平均値が算出されると、制御手段によって、推定されたリアクトル電流の平均値に基づく電圧変換装置の制御が行われる。例えば、リアクトル電流の平均値に基づいて第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のデューティ比が決定される。デューティ比はデューティ信号として出力され、キャリア信号と比較されることでゲート信号が生成される。本発明に係る電圧変換装置の制御装置によれば、リアクトル電流の平均値が正確に推定されるため、電圧変換装置を適切に制御することが可能である。
【００２３】
本発明の電圧変換装置の制御装置の一態様では、前記平均値推定手段は、前記リアクトル電流がゼロとなる前記ゲート信号の立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでの第１の期間及び前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流を用いて、前記第１の期間に前記リアクトルに流れる第１の電流量を算出する第１電流量算出手段と、前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流及び前記立ち下がりタイミング直後における前記リアクトル電流を用いて、前記リアクトル電流がゼロとなるタイミングを算出するゼロタイミング算出手段と、前記立ち下がりタイミングから前記リアクトル電流がゼロとなるタイミングまでの第２の期間及び前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流を用いて、前記第２の期間に前記リアクトルに流れる第２の電流量を算出する第２電流量算出手段と、前記第１の電流量及び前記第２の電流量、並びに前記ゲート信号の１周期分の期間を用いて、前記リアクトル電流の平均値を算出する平均値算出手段とを有する。
【００２４】
この態様によれば、リアクトル電流の平均値を推定する際に、先ず第１電流量算出手段によって、リアクトル電流がゼロとなるゲート信号の立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでの第１の期間にリアクトルに流れる第１の電流量が算出される。第１電流量算出手段は、第１の期間の長さ及び立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流（言い換えれば、リアクトル電流のピーク値）を用いて第１の電流量を算出する。より具体的には、第１の電流量は、第１の期間の長さを底辺とし、リアクトル電流のピーク値を高さとする三角形の面積として算出できる。
【００２５】
続いて、ゼロタイミング算出手段によって、立ち下がりタイミング後にリアクトル電流がゼロとなるタイミングが算出される。ゼロタイミング算出手段は、立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流及び立ち下がりタイミング直後におけるリアクトル電流を用いてリアクトル電流の変化率を算出することで、リアクトル電流がゼロとなるタイミングを予測する。
【００２６】
なお、ここでの「立ち下がりタイミング直後」とは、立ち下がりタイミングから、上述したリアクトル電流の変化率を算出するために設定された所定期間が経過した後のタイミングを意味しており、例えば立ち下がりタイミングから数μ秒後のタイミングとして設定される。ちなみに、立ち下がりタイミング直後におけるリアクトル電流が既にゼロに達していた場合には、正確にリアクトル電流の変化率を算出することができないため、上述した所定期間は比較的短い期間として設定されることが好ましい。
【００２７】
電流の変化率は、どのようにリアクトル電流が下降していくかを示す値であるため、立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流の値を用いて、容易にリアクトル電流がゼロとなるタイミングを予測することができる。
【００２８】
リアクトル電流がゼロとなるタイミングが推定されると、第２電流量算出手段によって、立ち下がりタイミングからリアクトル電流がゼロとなるタイミングまでの第２の期間にリアクトルに流れる第２の電流量が算出される。第２電流量算出手段は、第２の期間の長さ及び立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流を用いて第２の電流量を算出する。より具体的には、第２の電流量は、第２の期間の長さを底辺とし、リアクトル電流のピーク値を高さとする三角形の面積として算出できる。
【００２９】
なお、第１の電流量及び第２の電流量は、ゲート信号の立ち上がりタイミングからリアクトル電流がゼロとなるタイミングまでの期間（即ち、第１の期間及び第２の期間の和）を底辺とし、立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流を高さとする三角形の面積として、まとめて算出することもできる。
【００３０】
第１の電流量及び第２の電流量が算出されると、平均値算出手段によって、リアクトル電流の平均値が算出される。平均値算出手段は、第１の電流量及び第２の電流量に加えて、ゲート信号の１周期分の期間を用いて、リアクトル電流の平均値を算出する。より具体的には、リアクトル電流の平均値は、上述したように三角形の面積として算出される第１の電流量及び第２の電流量を互いに足し合わせた値（即ち、ゲート信号１周期において流れる総電流量）を、ゲート信号１周期分の期間の長さで割った値（言い換えれば、総電流量に対応する三角形と同じ面積を有する、ゲート信号１周期分の期間を長さとする長方形の高さ）として算出できる。
【００３１】
上述した構成によれば、片アーム駆動を行う場合であっても、リアクトル電流の平均値を容易且つ正確な値として算出することができる。
【００３２】
上述した第１の電流量及び第２の電流量を用いてリアクトルの平均値を算出する態様では、前記ゲート信号の立ち上がりタイミングでのリアクトル電流及び立ち下がりタイミングでのリアクトル電流の中間値を前記リアクトル電流の平均値として推定する第２の平均値推定手段と、前記立ち下がりタイミングにおける前記リアクトル電流及び前記立ち下がりタイミング直後における前記リアクトル電流を用いて、次の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流を予測する電流値予測手段と、前記予測されたリアクトル電流に基づいて、前記平均値推定手段及び前記第２の平均値推定手段のいずれを用いるかを切替える切替手段とを備えるように構成してもよい。
【００３３】
この場合、上述した平均値推定手段（即ち、第１の電流量及び第２の電流量を用いてリアクトル電流の平均値を推定する手段）に加えて、ゲート信号の立ち上がりタイミングでのリアクトル電流及び立ち下がりタイミングでのリアクトル電流の中間値をリアクトル電流の平均値として推定する第２の平均推定手段が備えられているため、リアクトル電流の平均値を推定する際に、いずれかの推定手段を選択して用いることができる。
【００３４】
リアクトル電流の平均値を推定する際には、先ず電流値予測手段によって、立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流及び立ち下がりタイミング直後におけるリアクトル電流を用いて、次の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流が予測される。即ち、上述したゼロタイミング算出手段と同様に電流の変化率を用いる方法で、次の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流が予測される。なお、ここでの「次の立ち上がりタイミング」とは、リアクトル電流がサンプリングされる立ち下がりタイミングの直後の立ち上がりタイミングを意味している。
【００３５】
次の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流が予測されると、切替手段によって、予測されたリアクトル電流に基づき、平均値推定手段と第２の平均値推定手段のいずれを用いるかが切替えられる。ここで、平均値推定手段は、上述したように片アーム駆動を行う場合であっても、リアクトル電流の平均値を正確に推定できるが、最初の立ち上がりタイミングでリアクトル電流がゼロとなっていない場合には適用できない。一方で、第２の平均値推定手段は、リアクトル電流がゼロとなっている場合にはリアクトル電流の平均値を正確に推定することができないが、リアクトル電流がゼロとならない場合であればリアクトル電流の平均値を正確に推定することができる。
【００３６】
上述したように、平均値推定手段及び第２の平均値推定手段は、その適用可能範囲が互いに異なっている。このため、立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流に基づいて、いずれの推定手段を用いるかを切替えるようにすれば、条件に応じた適切な推定手段を選択することができ、より好適にリアクトル電流の平均値を推定することが可能となる。
【００３７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る電圧変換装置の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。
【図２】両アーム駆動時における電流値の変動を示すチャート図である。
【図３】下アーム駆動時の電流の流れを示す概念図である。
【図４】上アーム駆動時の電流の流れを示す概念図である。
【図５】片アーム駆動時における電流値の変動を示すチャート図である。
【図６】第１実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図７】第１実施形態に係る平均リアクトル電流推定回路の構成を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】下アーム駆動時における平均リアクトル電流の推定方法を示すチャート図である。
【図１０】上アーム駆動時における平均リアクトル電流の推定方法を示すチャート図である。
【図１１】第２実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】下アーム駆動時における推定手段の切替判定方法を示すチャート図である。
【図１４】上アーム駆動時における推定手段の切替判定方法を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００４０】
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る電圧変換装置の制御装置が搭載される車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。
【００４１】
図１において、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置が搭載される車両１００は、エンジン４０及びモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を動力源とするハイブリッド車両として構成されている。但し、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両（例えば、電気自動車や燃料電池自動車）等にも適用可能である。また、本実施形態では、電圧変換装置の制御装置が車両１００に搭載される構成について説明するが、車両以外でも交流電動機により駆動される機器であれば適用が可能である。
【００４２】
車両１００は、直流電圧発生部２０と、負荷装置４５と、平滑コンデンサＣ２と、ＥＣＵ３０とを備えて構成されている。
【００４３】
直流電圧発生部２０は、蓄電装置２８と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、コンバータ１２とを含む。
【００４４】
蓄電装置２８は、例えばニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を含んで構成される。また、蓄電装置２８が出力する直流電圧ＶＬは、電圧センサ１０によって検出される。そして、電圧センサ１０は、検出した直流電圧ＶＬの検出値をＥＣＵ３０に出力する。
【００４５】
システムリレーＳＲ１は、蓄電装置２８の正極端子及び電力線ＰＬ１の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、蓄電装置２８の負極端子及び接地線ＮＬの間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＥＣＵ３０からの信号ＳＥにより制御され、蓄電装置２８からコンバータ１２への電力の供給と遮断とを切替える。
【００４６】
コンバータ１２は、本発明の「電圧変換装置」の一例であり、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、本発明の「第１スイッチング素子」及び「第２スイッチング素子」の一例であり、電力線ＰＬ２及び接地線ＮＬの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、ＥＣＵ３０からのゲート信号ＰＷＣによって制御される。
【００４７】
スイッチング素子Ｑ１及びＱ２には、例えばＩＧＢＴ、電力用ＭＯＳトランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続ノードと電力線ＰＬ１の間に設けられる。また、平滑コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２及び接地線ＮＬの間に接続される。
【００４８】
電流センサ１８は、本発明の「電流検出手段」の一例であり、リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流を検出し、その検出値ＩＬをＥＣＵ３０に出力する。
【００４９】
負荷装置４５は、インバータ２３と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン４０と、動力分割機構４１と、駆動輪４２とを含む。また、インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのインバータ１４と、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ２２とを含む。なお、図１のようにインバータ及びモータジェネレータを２組備えることは必須ではなく、たとえばインバータ１４とモータジェネレータＭＧ１、あるいはインバータ２２とモータジェネレータＭＧ２のいずれか１組のみを備える構成としてもよい。
【００５０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２３から供給される交流電力を受けて車両推進のための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受け、ＥＣＵ３０からの回生トルク指令によって交流電力を発電するとともに回生制動力を車両１００に発生する。
【００５１】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構４１を介してエンジン４０にも連結される。そして、エンジン４０の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、本実施形態においては、モータジェネレータＭＧ１をエンジン４０により駆動される発電機として機能させ、モータジェネレータＭＧ２を駆動輪４２を駆動する電動機として機能させるものとする。
【００５２】
動力分割機構４１には、エンジン４０の動力を、駆動輪４２とモータジェネレータＭＧ１との両方に振り分けるために、例えば遊星歯車機構（プラネタリギヤ）が使用される。
【００５３】
インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４０を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４０から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。
【００５４】
インバータ１４は、電力線ＰＬ２及び接地線ＮＬの間に並列に設けられ、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７を含んで構成される。各相上下アームは、電力線ＰＬ２及び接地線ＮＬの間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相上下アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相上下アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相上下アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、ＥＣＵ３０からのゲート信号ＰＷＩによって制御される。
【００５５】
例えばモータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石型同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム１５〜１７のスイッチング素子の接続ノードと接続される。
【００５６】
インバータ２２は、コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。
【００５７】
インバータ２２は駆動輪４２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対してコンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明については省略する。
【００５８】
コンバータ１２は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１及びＱ２が相補的かつ交互にオンオフするように制御される。コンバータ１２は、昇圧動作時には、蓄電装置２８から供給された直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１及び逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行われる。
【００５９】
また、コンバータ１２は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２及び逆並列ダイオードＤ２を介して、接地線ＮＬへ供給することにより行われる。
【００６０】
これらの昇圧動作及び降圧動作における電圧変換比（ＶＨ及びＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２をオン及びオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００６１】
平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１２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２３へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。
【００６２】
インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が正（ＴＲ１＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＥＣＵ３０からのゲート信号ＰＷＩ１に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が零の場合（ＴＲ１＝０）には、ゲート信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
【００６３】
更に、車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１は負に設定される（ＴＲ１＜０）。この場合には、インバータ１４は、ゲート信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を、平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６４】
インバータ２２についても同様に、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値に対応したＥＣＵ３０からのゲート信号ＰＷＩ２を受け、ゲート信号ＰＷＩ２応答したスイッチング動作によって、直流電圧を交流電圧に変換して所定のトルクになるようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。
【００６５】
電流センサ２４，２５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流をＥＣＵ３０へ出力する。なお、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の電流の瞬時値の和はゼロであるので、図１に示すように電流センサ２４，２５は２相分のモータ電流を検出するように配置すれば足りる。
【００６６】
回転角センサ（レゾルバ）２６，２７は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２を検出し、その検出した回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０へ送出する。ＥＣＵ３０では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２及び角速度ω１，ω２（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２６，２７については、回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置しないようにしてもよい。
【００６７】
ＥＣＵ３０は、本発明の「電圧変換装置の制御装置」の一例であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及び入出力バッファを含み、車両１００の各機器を制御する。なお、ＥＣＵ３０の行う制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。
【００６８】
代表的な機能として、ＥＣＵ３０は、入力されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、電圧センサ１０によって検出された直流電圧ＶＬ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨ及び電流センサ２４，２５からのモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２、回転角センサ２６，２７からの回転角θ１，θ２等に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に従ったトルクを出力するように、コンバータ１２及びインバータ２３の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２及びインバータ２３を上記のように制御するためのゲート信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成して、コンバータ１２及びインバータ２３へそれぞれ出力する。
【００６９】
コンバータ１２の昇圧動作時には、ＥＣＵ３０は、システム電圧ＶＭをフィードバック制御し、システム電圧ＶＭが電圧指令値に一致するようにゲート信号ＰＷＣを生成する。
【００７０】
また、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにゲート信号ＰＷＩ１、ＰＷＩ２を生成してインバータ２３へ出力する。これにより、インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２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１２へ供給する。
【００７１】
さらに、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、インバータ２３から供給された直流電圧を降圧するようにゲート信号ＰＷＣを生成し、コンバータ１２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、さらに降圧されて蓄電装置２８に供給される。
【００７２】
次に、コンバータ１２動作時の電流変動について、図２から図５を参照して説明する。ここに図２は、両アーム駆動時における電流値の変動を示すチャート図である。また図３は、下アーム駆動時の電流の流れを示す概念図であり、図４は、上アーム駆動時の電流の流れを示す概念図である。図５は、片アーム駆動時における電流値の変動を示すチャート図である。
【００７３】
図２において、コンバータ１２が両アーム駆動（即ち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方をオンとする駆動）を行う場合には、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ１、及びスイッチング素子Ｑ２のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ２がそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に供給されることで、リアクトル電流ＩＬの値が制御される。
【００７４】
なお、両アーム駆動時には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各々によって、正の電流及び負の電流を流すことができるため、例えば図に示すような０を跨ぐ電流制御においても、通常と同様の制御が可能である。
【００７５】
図３及び図４において、本実施形態に係るコンバータ１２は、上述した両アーム駆動に加えて、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のいずれか一方のみをオンとする片アーム駆動を実現することが可能とされている。具体的には、力行時においては、スイッチング素子Ｑ２のみをオンとする下アーム駆動が行われる。この場合、図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１側に流れる電流はダイオードＤ１を介して流れ、スイッチング素子Ｑ２側に流れる電流はスイッチング素子Ｑ２を介して流れる。一方、回生時においては、スイッチング素子Ｑ２のみをオンとする下アーム駆動が行われる。この場合、図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１側に流れる電流はスイッチング素子Ｑ１を介して流れ、スイッチング素子Ｑ２側に流れる電流はダイオードＤ２を介して流れる。
【００７６】
片アーム駆動によれば、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のいずれか一方のみがオンとされるため、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の短絡を防止するために設定されるデッドタイムが不要となる。よって、例えば装置の小型化に伴って高周波化が求められている場合であっても、コンバータ１２の昇圧性能が低下してしまうことを防止できる。
【００７７】
図５において、下アーム駆動が行われる力行時（即ち、リアクトル電流ＩＬが正の場合）には、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ１は供給されず、スイッチング素子Ｑ２のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ２のみが供給される。また、上アーム駆動が行われる回生時（即ち、リアクトル電流ＩＬが負の場合）には、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ１のみが供給され、スイッチング素子Ｑ２のオンオフを切替えるゲート信号であるＰＷＣ２は供給されない。
【００７８】
ここで特に、下アーム駆動時には負の電流を流すことができないため、リアクトル電流ＩＬの下限がゼロにかかるような場合には、ゲート信号であるＰＷＣ２のデューティ比率を変更して、非線形的な制御を行うことが求められる。同様に、上アーム駆動時には正の電流を流すことができないため、リアクトル電流ＩＬの上限がゼロにかかるような場合には、ゲート信号であるＰＷＣ１のデューティ比率を変更して、非線形的な制御を行うことが求められる。即ち、片−アーム駆動時には、リアクトル電流ＩＬがゼロに近づいた場合に、通常とは異なる比較的複雑な制御が求められる。
【００７９】
本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置は、上述した片アーム駆動時において、ゼロ付近でのリアクトル電流ＩＬの平均値を正確に推定することを目的としている。
【００８０】
次に、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置であるＥＣＵ３０の具体的な構成について、図６を参照して説明する。ここに図６は、第１実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。なお、図６では、説明の便宜上、ＥＣＵ３０に備えられる各部位のうち本実施形態に関連の深いもののみを示し、その他の詳細な部位については適宜図示を省略している。
【００８１】
図６において、ＥＣＵ３０は、ＡＤＣ３１０と、電圧制御部３２０と、平均リアクトル電流推定回路３３０と、電流制御部３４０と、ゲート信号出力回路３５０と、キャリア信号出力部３６０とを備えて構成されている。
【００８２】
ＡＤＣ３１０は、本発明の「電流検出手段」の一例であり、リアクトル電流ＩＬの値を複数のタイミングでサンプリングして、平均リアクトル電流推定回路３３０へと出力する。またＡＤＣ３１０は、入力電圧ＶＬ（即ち、電圧センサ１０で検出された昇圧前の電圧値）及び出力電圧ＶＨ（即ち、電圧センサ１３で検出された昇圧後の電圧値）の各々をサンプリングして、それぞれ電圧制御部３２０へと出力する。なお、ＡＤＣ３１０におけるサンプリングタイミングは、ゲート信号出力回路３５０から入力されるアクティブなスイッチング素子を示す信号に基づいて決定される。ＡＤＣ３１０における具体的なサンプリングタイミングについては、後に詳述する。
【００８３】
電圧制御部３２０は、ＡＤＣ３１０においてサンプリングされた出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬに基づいて電圧偏差を演算し、リアクトル電流指令値ＩＬＲＥＦを算出する。算出されたリアクトル電流指令値ＩＬＲＥＦは、電流制御部３４０へと出力される。
【００８４】
平均リアクトル電流推定回路３３０は、本発明の「平均値推定手段」の一例であり、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定する。平均リアクトル電流推定回路３３０で推定されたリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬは、電流制御部３４０に出力されフィードバック制御に用いられる。リアクトル電流の平均値ａｖｅＩＬの具体的な推定方法については、後に詳述する。
【００８５】
電流制御部３４０は、電圧制御部３２０から入力されたリアクトル電流指令値ＩＬＲＥＦと、推定されたリアクトル電流ａｖｅＩＬとに基づいて電流偏差を演算し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ指令信号ＤＵＴＹを算出する。算出されたデューティ指令信号ＤＵＴＹは、ゲート信号出力回路３５０に出力される。
【００８６】
ゲート信号出力回路３５０は、本発明の「制御手段」の一例であり、電流制御部３４０から入力されたデューティ指令信号ＤＵＴＹと、キャリア信号生成部３６０において生成されたキャリア信号ＣＲとに基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート信号であるＰＷＣ１及びＰＷＣ２を生成する。
【００８７】
キャリア信号生成部３６０は、ゲート信号ＰＷＣ１及びＰＷＣ２を生成するために、所定周期のキャリア信号ＣＲを生成する。キャリア信号ＣＲは、ゲート信号出力回路３５０に出力される。
【００８８】
以上説明したＥＣＵ３０は、上述した各部位を含んで構成された一体の電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ３０によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００８９】
次に、上述したＥＣＵ３０に含まれる平均リアクトル電流推定回路３３０の具体的な構成について、図７を参照して説明する。ここに図７は、第１実施形態に係る平均リアクトル電流推定回路の構成を示す回路図である。
【００９０】
図７において、平均リアクトル電流推定回路３３０は、第１電流量算出部３３１と、ゼロタイミング算出部３３２と、第２電流量算出部３３３と、平均電流算出部３３４とを備えて構成されている。
【００９１】
第１電流量算出部３３１は、本発明の「第１電流量算出手段」の一例であり、リアクトル電流ＩＬがゼロとなるゲート信号ＰＷＣの立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでの第１の期間に、リアクトルＬ１に流れる第１の電流量を算出する。第１電流算出部３３１は、第１の期間の長さ及びゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流（言い換えれば、リアクトル電流のピーク値）を用いて第１の電流量を算出する。
【００９２】
ゼロタイミング算出部３３２は、本発明の「ゼロタイミング算出手段」の一例であり、ゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミング後にリアクトル電流ＩＬがゼロとなるタイミングを算出する。ゼロタイミング算出部３３２は、ゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流及び立ち下がりタイミング直後におけるリアクトル電流を用いてリアクトル電流の変化率を算出することで、リアクトル電流ＩＬがゼロとなるタイミングを予測する。
【００９３】
第２電流量算出部３３３は、本発明の「第２電流量算出手段」の一例であり、ゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングからリアクトル電流ＩＬがゼロとなるタイミングまでの第２の期間にリアクトルＬ１に流れる第２の電流量を算出する。第２電流量算出部３３３は、第２の期間の長さ及びゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流を用いて第２の電流量を算出する。
【００９４】
平均電流算出部３３４は、本発明の「平均値算出手段」の一例であり、第１の電流量及び第２の電流量を用いて、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを算出する。平均電流算出部は、第１の電流量及び第２の電流量を互いに足し合わせた値（即ち、ゲート信号１周期において流れる総電流量）を、ゲート信号１周期分の期間の長さで割った値として、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを算出する。
【００９５】
次に、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作について、図８から図１０を参照して説明する。ここに図８は、第１実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。また図９は、下アーム駆動時における平均リアクトル電流の推定方法を示すチャート図であり、図１０は、上アーム駆動時における平均リアクトル電流の推定方法を示すチャート図である。なお、以下では、本実施形態に特有の平均リアクトル電流の算出に係る処理について詳細に説明し、その他の一般的な処理については、適宜説明を省略するものとする。
【００９６】
図８及び図９において、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作時には、先ずＡＤＣ３１０によって、所定のタイミングでリアクトル電流ＩＬがサンプリングされる（ステップＳ１０１）。具体的には、リアクトル電流ＩＬは、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミングであるＡ点、及びＡ点の直後（例えば、数μ秒後）のＢ点でそれぞれサンプリングされる（図９参照）。
【００９７】
続いて、第１電流量算出部３３１によって、第１の電流量Ｗ１が算出される（ステップＳ１０２）。ここで第１の電流量Ｗ１は、図９におけるリアクトル電流ＩＬがなす三角形ＡＣＤのうち、Ａ点から見て左側の三角形（即ち、Ｄ点からＡ点までの期間を底辺とし、Ａ点におけるリアクトル電流ＩＬａを高さとする三角形）の面積に相当する。このため、第１の電流量Ｗ１は以下の数式（１）を用いて算出することができる。
【００９８】
Ｗ１＝（ＴｉｍＡ−ＴｉｍＤ）×ＩＬａ／２  ・・・（１）
なお、上記数式における“ＴｉｍＡ”はＡ点における時刻（即ち、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミング）であり、“ＴｉｍＤ”はＤ点における時刻（即ち、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち上がりタイミング）である。
【００９９】
続いて、ゼロタイミング算出部３３２によって、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミング後にリアクトル電流ＩＬがゼロとなるタイミング（即ち、図中のＣ点の時刻ＴｉｍＣ）が算出される（ステップＳ１０３）。Ｃ点の時刻ＴｉｍＣを算出する際には、先ずゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミング後におけるリアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔが算出される。リアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔは、Ａ点における時刻ＴｉｍＡ及び電流値ＩＬａ、並びにＢ点における時刻ＴｉｍＢ及び電流値ＩＬｂを用いて、以下の数式（２）で算出することができる。
【０１００】
ｄｉ／ｄｔ＝（ＩＬｂ−ＩＬａ）／（ＴｉｍＢ−ＴｉｍＡ）  ・・・（２）
リアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔが算出されると、Ａ点からどのようにリアクトル電流ＩＬが下降していくかが分かるので、それを利用してＣ点の時刻ＴｉｍＣを算出できる。Ｃ点の時刻ＴｉｍＣは、以下の数式（３）を用いて算出できる。
【０１０１】
ＴｉｍＣ＝−ＩＬａ／ｄｉ／ｄｔ＋ＴｉｍＡ  ・・・（３）
ＴＩｍＣが算出されると、第２電流量算出部３３３によって、第２の電流量Ｗ２が算出される（ステップＳ１０４）。ここで、第２の電流量Ｗ２は、図９におけるリアクトル電流ＩＬがなす三角形ＡＣＤのうち、Ａ点から見て右側の三角形（即ち、Ａ点からＣ点までの期間を底辺とし、Ａ点におけるリアクトル電流ＩＬａを高さとする三角形）の面積に相当する。このため、第２の電流量Ｗ２は以下の数式（４）を用いて算出することができる。
【０１０２】
Ｗ２＝（ＴｉｍＣ−ＴｉｍＡ）×ＩＬａ／２  ・・・（４）
第１の電流量Ｗ１及び第２の電流量Ｗ２が算出されると、平均電流算出部３３４によって、ゲート信号ＰＷＣ２の１周期におけるリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬが算出される（ステップＳ１０５）。リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを算出する際には、先ずゲート信号ＰＷＣ２の１周期において流れるリアクトル電流ＩＬの総電流量Ｗａが算出される。ここで、総電流量Ｗａは、図９における三角形ＡＣＤの面積に相当する。このため、総電流量Ｗａは、第１電流量Ｗ１及び第２電流量Ｗ２を用いて、以下の数式（５）で表せる。
【０１０３】
Ｗａ＝Ｗ１＋Ｗ２  ・・・（５）
なお、総電流量Ｗａは、上述したように第１電流量Ｗ１及び第２電流量Ｗ２として別々に算出せずとも、まとめて算出することができる。具体的には、Ｄ点からＣ点までの期間を底辺とし、Ａ点におけるリアクトル電流ＩＬａを高さとする三角形）の面積として算出できる。よって、総電流量Ｗａは、以下の数式（６）を用いることでも算出できる。
【０１０４】
Ｗａ＝（ＴｉｍＣ−ＴｉｍＤ）×ＩＬａ／２  ・・・（６）
リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬは、図９に示すように、ゲート信号ＰＷＣ２の１周期分の長さを有し、三角形ＡＣＤと面積が同じである長方形ＳＱの高さとして算出できる。ここで、三角形ＡＣＤの面積は総電流量Ｗａであるので、ゲート信号ＰＷＣ２の１周期分の長さをＴｐｗｃ２とすると、ａｖｅＩＬは、以下の数式（７）を用いて算出できる。
【０１０５】
ａｖｅＩＬ＝Ｗａ／Ｔｐｗｃ２  ・・・（７）
以上のように、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置では、ゲート信号ＰＷＣの周期単位でリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬが算出される。なお、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬの推定方法としては、例えばキャリア信号ＣＲに基づいてリアクトル電流をサンプリングして算出する方法も考えられる。しかしながら、片側アーム駆動を行う場合には、アームを切替えない限りいずれか一方の極性でしか電流を流すことができないため、キャリア信号ＣＲとリアクトル電流ＩＬとの対応関係が通常の駆動（即ち、片アーム駆動でない駆動）を行う場合とは異なる状況が生じ得る。例えば、片アーム駆動では、リアクトル電流ＩＬがゼロ付近となる場合に非線形的な制御を行うため、リアクトル電流ＩＬの周期的な上下が一時的に乱れる。よって、仮にキャリア信号ＣＲに基づいて平均値ａｖｅＩＬを算出しようとしても、片アーム駆動を行っている場合には、正確な値とはならないおそれがある。
【０１０６】
これに対し本実施形態では、上述したように、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬがゲート信号ＰＷＣの周期単位で推定される。ここでゲート信号ＰＷＣの周期は、キャリア信号ＣＲとは違い、片アーム駆動においてもリアクトル電流ＩＬとの対応関係が崩れない。より具体的には、リアクトル電流ＩＬは、ゲート信号ＰＷＣの立ち上がりタイミングにおいて上昇を開始し、ゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングで下降を開始する。従って、ゲート信号ＰＷＣの周期単位で平均値ａｖｅＩＬを算出するようにすれば、片アーム駆動を行う場合であっても、正確な値を推定することができる。
【０１０７】
なお、上述した例では、下アーム駆動を行う場合（即ち、スイッチング素子Ｑ１を常にオフとし、スイッチング素子Ｑ２のオンオフを切替えて駆動する場合）について説明したが、上アーム駆動を行う場合（即ち、スイッチング素子Ｑ２を常にオフとし、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを切替えて駆動する場合）であっても、同様の方法でリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定できる。
【０１０８】
具体的には、図９に示すように、下アーム駆動を行う場合と上アーム駆動を行う場合とでは、リアクトルＩＬの極性が逆転する。このような場合であっても、三角形ＡＤＣと同じ面積を有する長方形ＳＱの高さを求めることで、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定できる。
【０１０９】
図８に戻り、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬが推定されると、電流制御部３４０においてスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のデューティ比が決定される（ステップＳ１０６）。決定されたデューティ比は、デューティ指令信号ＤＵＴＹとしてゲート信号出力回路３５０に出力される。
【０１１０】
ゲート信号出力回路３５０では、デューティ指令信号ＤＵＴＹとキャリア信号が比較されることで、ゲート信号ＰＷＣが生成される（ステップＳ１０７）。そして、このゲート信号ＰＷＣによって、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のスイッチングが制御される（ステップＳ１０８）。
【０１１１】
以上説明したように、推定されたリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬは、コンバータ１２の制御に用いられる。本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置によれば、上述したように、片アーム駆動を行う場合であっても正確にリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定できるため、コンバータ１２の制御を好適に行うことが可能である。
【０１１２】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置について説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
【０１１３】
先ず、第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置であるＥＣＵ３０の構成について、図１１を参照して説明する。ここに図１１は、第２実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【０１１４】
図１１において、第２実施形態に係るＥＣＵ３０は、第１実施形態に係るＥＣＵ３０の各構成要素に加え、切替判定部３７０と、第２平均リアクトル電流推定回路３８０を備えて構成されている。
【０１１５】
切替判定部３７０は、本発明の「電流値予測手段」及び「切替手段」の一例であり、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定する際に、平均リアクトル電流推定回路３３０及び第２平均リアクトル電流推定回路３８０のいずれを用いるかを切替える。切替判定部３７０は、ゲート信号ＰＷＣの立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流ＩＬが所定の閾値以上であるか否かによって、平均リアクトル電流推定回路３３０及び第２平均リアクトル電流推定回路３８０を切替えて、選択的にリアクトル電流の平均値を算出させる。
【０１１６】
第２平均リアクトル電流推定回路３８０は、本発明の「第２の平均値推定手段」の一例であり、平均リアクトル電流推定手段３３０とは異なる方法で、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定する。第２平均リアクトル電流推定回路３８０は、例えばゲート信号ＰＷＣの立ち下がりタイミングにおけるリアクトル電流（言い換えれば、ゲート信号ＰＷＣの１周期におけるリアクトル電流ＩＬの最大値）と、ゲート信号ＰＷＣの立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流（言い換えれば、ゲート信号ＰＷＣの１周期におけるリアクトル電流ＩＬの最小値）との中間値を、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬとして推定する。
【０１１７】
次に、第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作について、図１２から図１４を参照して説明する。ここに図１２は、第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。また図１３は、下アーム駆動時における推定手段の切替判定方法を示すチャート図であり、図１４は、上アーム駆動時における推定手段の切替判定方法を示すチャート図である。
【０１１８】
図１２及び図１３において、第２実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の動作時には、先ずＡＤＣ３１０によって、所定のタイミングでリアクトル電流ＩＬがサンプリングされる（ステップＳ２０１）。具体的には、リアクトル電流ＩＬは、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミングであるＥ点、及びＥ点の直後（例えば、数μ秒後）のＦ点でそれぞれサンプリングされる（図１３参照）。
【０１１９】
なお、ここでのＥ点及びＦ点は、後述するように、リアクトル電流の変化率を算出するためのサンプリングタイミングとして設定されるものであり、第１実施形態におけるＡ点及びＢ点に相当する。サンプリングされたリアクトル電流ＩＬｅ及びＩＬｆは、切替判定部３７０へと出力される。
【０１２０】
続いて、切替判定部３７０によって、ゲート信号ＰＷＣ２の１周期におけるリアクトル電流ＩＬの最小値（言い換えれば、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流の値）が推定される（ステップＳ２０２）。なお、切替判定部３７０で推定されるリアクトル電流ＩＬの最小値は、図１３のＸ点で示される値である。図を見ても分かるように、ここで推定される値は、実際に流れる電流の値ではなく、ゼロを跨いで電流が変化し得たと仮定した場合の電流値とされる。
【０１２１】
Ｘ点の電流値を算出する際には、先ずゲート信号ＰＷＣ２の立ち下がりタイミング後におけるリアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔが算出される。リアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔは、Ｅ点における時刻ＴｉｍＥ及び電流値ＩＬｅ、並びにＦ点における時刻ＴｉｍＦ及び電流値ＩＬｆを用いて、以下の数式（８）で算出することができる。
【０１２２】
ｄｉ／ｄｔ＝（ＩＬｆ−ＩＬｅ）／（ＴｉｍＦ−ＴｉｍＥ）  ・・・（８）
リアクトル電流ＩＬの変化率ｄｉ／ｄｔが算出されると、Ｅ点からどのようにリアクトル電流ＩＬが下降していくかが分かるので、それを利用してＸ点の電流値ＩＬｘを算出できる。Ｘ点の電流値ＩＬｘは、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間（即ち、リアクトル電流が下降し続ける期間）をｔＯＦＦとすると、以下の数式（９）を用いて算出できる。
【０１２３】
ＩＬｘ＝ＩＬａ＋ｄｉ／ｄｔ×ｔＯＦＦ  ・・・（９）
ＩＬｘが算出されると、切替判定部３７０では、ＩＬｘがゼロ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０３）。ここで、ＩＬｘがゼロ以上でないと判定されると（ステップＳ２０３：ＮＯ）、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬの推定手段として、平均リアクトル電流推定回路３３０が選択され、上述した第１実施形態と同様の方法でリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬが推定される（ステップＳ２０４〜Ｓ２０７）。一方で、ＩＬｘがゼロ以上であると判定されると（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬの推定手段として、第２平均リアクトル電流推定回路３８０が選択され、ゲート信号ＰＷＣの１周期におけるリアクトル電流ＩＬの最大値と最小値との中間値が、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬとして推定される（ステップＳ２０８）。
【０１２４】
平均リアクトル電流推定回路３３０又は第２平均リアクトル電流推定回路３８０によって推定されたリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬは、第１実施形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のスイッチング制御に用いられる（ステップＳ２０９〜Ｓ２１１）。
【０１２５】
ここで、平均リアクトル電流推定回路３３０は、上述したように片アーム駆動を行う場合であっても、リアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬの正確に推定できるが、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち上がりタイミングでリアクトル電流がゼロとなっていない場合には適用できない。一方で、第２平均リアクトル電流推定回路３８０は、リアクトル電流ＩＬがゼロとなっている場合にはリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを正確に推定することができないが、リアクトル電流がゼロとならない場合であればリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを正確に推定することができる。
【０１２６】
上述したように、平均リアクトル電流推定回路３３０又は第２平均リアクトル電流推定回路３８０は、その適用可能範囲が互いに異なっている。このため、ゲート信号ＰＷＣ２の立ち上がりタイミングにおけるリアクトル電流ＩＬに基づいて、いずれの推定手段を用いるかを切替えるようにすれば、条件に応じた適切な推定手段を選択することができ、より好適にリアクトル電流ＩＬの平均値ａｖｅＩＬを推定することが可能となる。
【０１２７】
なお、上述した例では、下アーム駆動を行う場合について説明したが、上アーム駆動を行う場合であっても、同様の方法で推定手段を切替えることができる。
【０１２８】
具体的には、図１４に示すように、下アーム駆動を行う場合と上アーム駆動を行う場合とでは、リアクトルＩＬの極性が逆転する。このような場合であっても、リアクトル電流ＩＬの最大値であるＸ点におけるリアクトル電流ＩＬｘがゼロ以下であるか否かを判定することによって、適切に推定手段を切替えることができる。
【０１２９】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電圧変換装置の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０…電圧センサ、１２…コンバータ、１３…電圧センサ、１８…電流センサ、２０…直流電圧発生部、２２，２３…インバータ、２８…蓄電装置、３０…ＥＣＵ、４０…エンジン、４１…動力分割機構、４２…駆動輪、４５…負荷装置、１００…車両、３１０…ＡＤＣ、３２０…電圧制御部、３３０…平均リアクトル電流推定回路、３３１…第１電流量算出部、３３２…ゼロタイミング算出部、３３３…第２電流量算出部、３３４…平均電流算出部、３４０…電流制御部、３５０…ゲート信号出力回路、３６０…キャリア信号生成部、３７０…切替判定部、３８０…第２平均リアクトル電流推定回路、ａｖｅＩＬ…平均リアクトル電流、Ｃ２…平滑コンデンサ、ＣＲ…キャリア信号、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＩＬ…リアクトル電流、Ｌ１…リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２…モータジェネレータ、ＰＷＣ１，ＰＷＣ２…ゲート信号、Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２…システムリレー。
【図１】
2013207914.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月12日(2013.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
片アーム駆動が行われる際には、例えば出力すべき電圧値や電流値等に基づいて、第１アーム及び第２アームのいずれのアームで片アーム駆動を行うべきかが判定される。より具体的には、例えば電圧変換装置に接続されるモータジェネレータが回生動作を行う場合に第１アームによる片アーム駆動が選択され、力行動作を行う場合に第２アームによる片アーム駆動が選択される。このように、片アーム駆動時には、第１アームによる片アーム駆動及び第２アームによる片アーム駆動が適宜切替えられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
コンバータ１２の昇圧動作時には、ＥＣＵ３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨが電圧指令値に一致するようにゲート信号ＰＷＣを生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
図３及び図４において、本実施形態に係るコンバータ１２は、上述した両アーム駆動に加えて、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のいずれか一方のみをオンとする片アーム駆動を実現することが可能とされている。具体的には、力行時においては、スイッチング素子Ｑ２のみをオンとする下アーム駆動が行われる。この場合、図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１側に流れる電流はダイオードＤ１を介して流れ、スイッチング素子Ｑ２側に流れる電流はスイッチング素子Ｑ２を介して流れる。一方、回生時においては、スイッチング素子Ｑ１のみをオンとする上アーム駆動が行われる。この場合、図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１側に流れる電流はスイッチング素子Ｑ１を介して流れ、スイッチング素子Ｑ２側に流れる電流はダイオードＤ２を介して流れる。