(57)【要約】【課題】フォトカプラの遅延時間を調整し、適切なデッドタイムを実現する。【解決手段】電圧変換装置の制御装置は、スイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）を含んでなる電圧変換装置（１２）を制御する。電圧変換装置の制御装置は、スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号（ＰＷＣ）を出力するスイッチング制御信号出力手段（３１０）と、スイッチング制御信号を電気的に絶縁してスイッチング素子へと伝達する第１フォトカプラ（５１０）と、第１フォトカプラと入力が同期された第２フォトカプラ（５２０）と、第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号の遅延時間を計測する遅延時間計測手段（３２０）と、第２フォトカプラにおける遅延時間に基づいて、第１フォトカプラにおける遅延時間を制御する遅延時間制御手段（５４０）とを備える。【選択図】図２
2013158170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含んでなる電圧変換装置の制御装置であって、
前記スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号を出力するスイッチング制御信号出力手段と、
前記スイッチング制御信号を電気的に絶縁して前記スイッチング素子へと伝達する第１フォトカプラと、
前記第１フォトカプラと入力が同期された第２フォトカプラと、
前記第２フォトカプラにおける前記スイッチング制御信号の遅延時間を計測する遅延時間計測手段と、
前記第２フォトカプラにおける遅延時間に基づいて、前記第１フォトカプラにおける遅延時間を制御する遅延時間制御手段と
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】
前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラの入力側に設けられており、抵抗値を変更可能な可変抵抗を含む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】
前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラの入力側に設けられており、容量値を変更可能な可変容量を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラに入力される電源電圧を調整可能な電圧調整手段を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電圧変換装置の制御装置。
【請求項５】
前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラは、同一素子内に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電圧変換装置の制御装置。
【請求項６】
前記遅延時間計測手段は、前記スイッチング制御信号に応じて充電及び放電を行うコンデンサを有しており、充電及び放電後の前記コンデンサの充電量に基づいて前記第２フォトカプラにおける遅延時間を計測することを特徴とする請求項１から５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】
コンバータには、例えば２つのスイッチング素子が設けられ、これらスイッチング素子のオンオフを切替えることにより昇圧制御を行う。このようなコンバータでは、２つのスイッチング素子間の短絡を防止するため、両方のスイッチング素子をオフとするデットタイムが設けられる。ただし、効率的な昇圧制御を行う観点からすれば、上述したデッドタイムは短い方が好ましい。
【０００６】
このため、例えば特許文献１では、一のスイッチング素子がオフ状態へ遷移した時刻及び他のスイッチング素子がオン状態へ遷移した時刻のどちらが先であるかを検出し、その検出結果に基づいてデッドタイム発生回路が遅延させている印加信号の遅延時間を制御するという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８５０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号（言い換えれば、デッドタイムを制御するための信号）を各スイッチング素子へと伝達するための伝達素子として、例えばフォトカプラを用いることができる。フォトカプラは、低電圧である一次側と高電圧である二次側とを絶縁しつつ信号を伝達可能であるという有益な機能を有しているが、例えばダイオード等の温度特性を有する部材を利用するため、信号の遅延時間に比較的大きなばらつきが生じてしまうおそれがある。よって、デッドタイムを適切に制御するためには、何らかの対策を施すことによって信号の遅延時間のばらつきを小さくすることが好ましい。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されているような技術は、フォトカプラのように高電圧を使用する回路に対して適用することができない。よって、フォトカプラにおける信号の遅延時間のばらつきを小さくすることは決して容易とは言えない。また、遅延時間のばらつきが小さくなるように設計されているフォトカプラは比較的高価であり、装置のコストアップを招いてしまう。
【００１０】
以上のように、フォトカプラには、信号の遅延時間にばらつきが生じてしまうため、デッドタイムを適切に調整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、フォトカプラにおける信号の遅延時間のばらつきを効果的に低減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、スイッチング素子を含んでなる電圧変換装置の制御装置であって、前記スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号を出力するスイッチング制御信号出力手段と、前記スイッチング制御信号を電気的に絶縁して前記スイッチング素子へと伝達する第１フォトカプラと、前記第１フォトカプラと入力が同期された第２フォトカプラと、前記第２フォトカプラにおける前記スイッチング制御信号の遅延時間を計測する遅延時間計測手段と、前記第２フォトカプラにおける遅延時間に基づいて、前記第１フォトカプラにおける遅延時間を制御する遅延時間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、スイッチング素子のオンオフを切替えることで電圧を変換する。例えばスイッチング素子は、第１アームを形成する第１スイッチング素子及び第２アームを形成する第２スイッチング素子として設けられており、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がオンとされる期間の比（デューティ比）に基づいて電圧が変換される。
【００１４】
なお、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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係る電圧変換装置の制御装置の動作時には、先ずスイッチング制御信号出力手段によって、スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号が出力される。スイッチング制御信号は、例えばスイッチング素子のデューティ比率に対応するデューティ指令信号及びスイッチング素子のスイッチング周波数に対応するキャリア信号が互いに比較されることで生成される。
【００１７】
スイッチング制御信号は、電圧変換装置のスイッチング素子に対して、スイッチング制御信号出力手段及びスイッチング素子間に配置される第１フォトカプラを介して伝達される。第１フォトカプラは、例えば発光ダイオードとフォトトランジスタを含んで構成されており、入力されたスイッチング制御信号を光に変換し、その光で受光素子を導通させることにより信号を伝達する。第１フォトカプラによれば、スイッチング制御信号の入力側（即ち、スイッチング制御信号出力手段側）と出力側（即ち、スイッチング素子側）とを電気的に絶縁した状態で信号を伝達することができる。
【００１８】
本発明では更に、上述した第１フォトカプラと入力が同期された第２フォトカプラが備えられている。即ち、第２フォトカプラの入力側には、第１フォトカプラと同様のタイミングで同様のスイッチング制御信号が入力される。一方で、第２フォトカプラの出力側はスイッチング素子には接続されておらず、出力される信号は後述する遅延時間の制御用の信号として用いられる。なお、遅延時間の制御を好適に行うためにも、第２フォトカプラは、第１フォトカプラにできるだけ近い特性を有していることが好ましい。また、第２フォトカプラは、第１フォトカプラにできるだけ近接或いは類似した位置に配置されることが好ましい。
【００１９】
本発明では特に、第１フォトカプラによるスイッチング制御信号の伝達時に、遅延時間計測手段によって、第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号の遅延時間が計測される。即ち、遅延時間計測手段では、スイッチング制御信号がスイッチング制御信号出力手段から出力されてから、第２フォトカプラの出力側から出力されるまでの時間が計測される。なお、第２フォトカプラは、上述したように第１フォトカプラと入力が同期されているため、ここで計測される第２フォトカプラにおける遅延時間は、第１フォトカプラにおける遅延時間と極めて近い値であると言える。
【００２０】
第２フォトカプラにおける遅延時間が計測されると、遅延時間制御手段によって、第１フォトカプラにおける遅延時間が、計測された第２フォトカプラにおける遅延時間に基づいて制御される。即ち、第２フォトカプラにおける遅延時間が第１フォトカプラにおける遅延時間に近い値であることを利用して、第１フォトカプラにおける遅延時間が制御される。具体的には、第１フォトカプラの遅延時間は、例えばフォトカプラの温度特性による遅延時間のばらつきが小さくなるように制御される。
【００２１】
上述したように、電圧変換装置の駆動制御に用いられる第１フォトカプラとは別に、遅延時間の制御用に用いられる第２フォトカプラを備えることで、遅延時間を計測し難い第１フォトカプラにおける遅延時間の制御を好適に行うことが可能となる。具体的には、例えば低電圧である入力側から高電圧の出力側へと信号を伝達する第１フォトカプラにおけるフィードバック制御を、低電圧である入力側から低電圧の出力側へと信号を伝達する第２フォトカプラによって行うことができる。
【００２２】
以上説明したように、本発明に係る電圧変換装置の制御装置によれば、フォトカプラにおける信号の遅延時間のばらつきを効果的に低減することが可能である。よって、例えば電圧変換装置のデッドタイムを適切な値にすることができる。
【００２３】
本発明の電圧変換装置の制御装置の一態様では、前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラの入力側に設けられており、抵抗値を変更可能な可変抵抗を含む。
【００２４】
この態様によれば、第２フォトカプラにおける遅延時間が計測されると、計測された遅延時間に基づいて可変抵抗の抵抗値が変更される。可変抵抗の抵抗値が変更されると、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号の伝達タイミング（例えば、発光ダイオードのオンタイミング）が変更される。よって、容易且つ的確に第１フォトカプラにおける遅延時間を変更することが可能である。
【００２５】
本発明の電圧変換装置の制御装置の他の態様では、前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラの入力側に設けられており、容量値を変更可能な可変容量を含む。
【００２６】
この態様によれば、第２フォトカプラにおける遅延時間が計測されると、計測された遅延時間に基づいて可変容量の容量値が変更される。可変容量の容量値が変更されると、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号の伝達タイミングが変更される。よって、容易且つ的確に第１フォトカプラにおける遅延時間を変更することが可能である。
【００２７】
本発明の電圧変換装置の制御装置の他の態様では、前記遅延時間制御手段は、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラに入力される電源電圧を調整可能な電圧調整手段を含む。
【００２８】
この態様によれば、第２フォトカプラにおける遅延時間が計測されると、計測された遅延時間に基づいて電圧調整手段が制御され、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラに入力される電源電圧が変更される。電源電圧が変更されると、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号の伝達タイミングが変更される。よって、容易且つ的確に第１フォトカプラにおける遅延時間を変更することが可能である。
【００２９】
本発明の電圧変換装置の制御装置の他の態様では、前記第１フォトカプラ及び前記第２フォトカプラは、同一素子内に形成されている。
【００３０】
この態様によれば、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラの特性を極めて近いものとすることができる。よって、遅延時間計測手段において計測される第２フォトカプラの遅延時間を、実際の第１フォトカプラの遅延時間に近づけることができる。従って、より好適に第１フォトカプラにおける遅延時間を制御することが可能となる。
【００３１】
なお、例えば第１フォトカプラ及び第２フォトカプラで発光素子を共有するような構成にすれば、第１フォトカプラ及び第２フォトカプラの遅延時間のずれを更に小さくすることができ、更には消費電力を低減することも可能である。
【００３２】
本発明の電圧変換装置の制御装置の他の態様では、前記遅延時間計測手段は、前記スイッチング制御信号に応じて充電及び放電を行うコンデンサを有しており、充電及び放電後の前記コンデンサの充電量に基づいて前記第２フォトカプラにおける遅延時間を計測する。
【００３３】
この態様によれば、スイッチング制御信号出力手段からスイッチング制御信号が出力されると、遅延時間計測手段が有するコンデンサにおいて充電及び放電が行われる。
【００３４】
例えば、遅延時間計測手段では、スイッチング制御信号出力手段からスイッチング制御信号のパルスの立ち上がりが出力されてから、第２フォトカプラからスイッチング制御信号の立ち上がりが出力されるまでの間にコンデンサが充電される。これにより、スイッチング制御信号の立ち上がりに対する第２フォトカプラの遅延時間の分だけ、遅延時間計測手段のコンデンサに充電が行われる。
【００３５】
一方で、遅延時間計測手段では、スイッチング制御信号出力手段からスイッチング制御信号のパルスの立ち下がりが出力されてから、第２フォトカプラからスイッチング制御信号の立ち下がりが出力されるまでの間にコンデンサが放電される。これにより、スイッチング制御信号の立ち下がりに対する第２フォトカプラの遅延時間の分だけ、遅延時間計測手段のコンデンサの放電が行われる。
【００３６】
上述した構成によれば、充電前及び放電後の遅延時間計測手段のコンデンサの充電値は、スイッチング制御信号の立ち上がりに対する遅延時間と、立ち下がりに対する遅延時間との差に応じた値となる。よって、遅延時間を計測するようなソフト処理を行わずとも、ハード処理によって第２フォトカプラの遅延時間を計測することが可能である。
【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】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】実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の構成を示す回路図である。
【図３】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４】遅延時間制御時における各種信号の変化を示すチャート図である。
【図５】遅延時間測定回路の構成を示す回路図である。
【図６】変形例に係る電圧変換装置の制御装置の構成を示す回路図（その１）である。
【図７】変形例に係る電圧変換装置の制御装置の構成を示す回路図（その２）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】
先ず、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ＶＢ及び入出力される直流電流ＩＢは、電圧センサ１０及び電流センサ１１によってそれぞれ検出される。そして、電圧センサ１０及び電流センサ１１は、検出した直流電圧ＶＢ及び直流電流ＩＢ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、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からのスイッチング制御信号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、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からのスイッチング制御信号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ＶＢを直流電圧ＶＭ（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ＶＭを直流電圧ＶＢ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（ＶＭ及びＶＢ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、ＶＭ＝ＶＢ（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ＶＭ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からのスイッチング制御信号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、スイッチング制御信号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、スイッチング制御信号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からのスイッチング制御信号ＰＷＩ２を受け、スイッチング制御信号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、いずれも図示しないが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。ＥＣＵ３０は、本発明の「電圧変換装置の制御装置」の一部を構成しており、具体的には「スイッチング制御信号出力手段」及び「遅延時間計測手段」としての機能を有する。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ＶＢ、電流センサ１１によって検出された直流電流ＩＢ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＭ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スイッチング制御信号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スイッチング制御信号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スイッチング制御信号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スイッチング制御信号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、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置の構成を示す回路図である。
【００７３】
図２において、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置は、ＥＣＵ３０に含まれるスイッチング制御信号出力部３１０及び遅延時間算出部３２０、並びにＥＣＵとスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間に設けられる第１フォトカプラ５１０、第２フォトカプラ５２０、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）５３０及びデジタルポテンショメータ５４０を備えて構成されている。
【００７４】
スイッチング制御信号出力部３１０は、本発明の「スイッチング制御信号出力手段」の一例であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフを切替えるためのスイッチング制御信号ＰＷＣを生成して出力する。スイッチング制御信号出力部３１０は、例えばスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を示すデューティ信号を生成するデューティ信号生成回路や、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数を示すキャリア信号を生成するキャリア信号生成回路等を含んで構成される。
【００７５】
遅延時間算出部３２０は、本発明の「遅延時間計測手段」の一例であり、第２フォトカプラにおけるスイッチング制御信号ＰＷＣの遅延時間を計測可能に構成されている。遅延時間算出部３２０には、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣ、及び第２フォトカプラ５２０の出力信号が入力される。
【００７６】
第１フォトカプラ５１０は、発光ダイオード及びフォトトランジスタを含んで構成されており、入力されたスイッチング制御信号ＰＷＣを光に変換し、その光で受光素子を導通させることにより信号を伝達する。第１フォトカプラ５１０によれば、スイッチング制御信号ＰＷＣの入力側（即ち、スイッチング制御信号出力部３１０側）と出力側（即ち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２側）とを電気的に絶縁した状態で信号を伝達することができる。なお、第１フォトカプラ５１０の入力側にはコンデンサＣ１１が接続されている。
【００７７】
第２フォトカプラ５２０は、第１フォトカプラ５１０と特性が同じ又は極めて近いフォトカプラとして構成されている。第２フォトカプラ５２０の入力側には、第１フォトカプラ５１０と同様にコンデンサＣ１２が接続されており、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されたスイッチング制御信号ＰＷＣが第１フォトカプラ５１０と同様のタイミングで入力される。ただし、第２フォトカプラ５２０の出力側はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には接続されておらず、ＥＣＵ３０における遅延時間算出部３２０に接続されている。第２フォトカプラ５２０の出力信号は、後述する遅延時間制御用のフィードバックカプラ信号として出力される。
【００７８】
ＭＯＳＦＥＴ５３０は、スイッチング制御信号出力部３１０と第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０との間に設けられるスイッチング素子であり、スイッチング制御信号出力部３１０から入力されるスイッチング制御信号ＰＷＣに応じてオンオフが切替えられる。
【００７９】
デジタルポテンショメータ５４０は、本発明の「遅延時間制御手段」の一例であり、電子的に抵抗値Ｒ１を変更可能な可変抵抗として構成されている。デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１は、遅延時間算出部３２０から出力される抵抗値制御信号に基づいて変更される。
【００８０】
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３を参照して説明する。ここに図３は、本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。なお、以下では、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置によって実行される各種処理のうち、本実施形態に特有の処理について詳細に説明し、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。
【００８１】
図３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、遅延時間算出部３２０に対して、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち上がりが入力されると、パルス立ち上がりに対する第２フォトカプラ５２０の遅延時間である遅延時間Ｔａの計測が開始される（ステップＳ１０１）。
【００８２】
なお、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち上がりは、ＭＯＳＦＥＴ５３０及びデジタルポテンショメータ５４０を介して、第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０にもそれぞれ入力される。
【００８３】
その後、遅延時間算出部３２０に対して、第２フォトカプラ５２０から出力されるフィードバックカプラ信号のパルス立ち上がりが入力されると、パルス立ち上がりに対する第２フォトカプラ５２０の遅延時間である遅延時間Ｔａの計測が終了される（ステップＳ１０２）。
【００８４】
以上説明した処理によれば、スイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち上がりの第２フォトカプラ５２０における遅延時間Ｔａ（即ち、パルスの立ち上がりが第２フォトカプラ５２０を介して伝達されるのに要する時間）を容易且つ的確に計測することができる。
【００８５】
続いて、遅延時間算出部３２０に対して、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち下がりが入力されると、パルス立ち下がりに対する第２フォトカプラ５２０の遅延時間である遅延時間Ｔｂの計測が開始される（ステップＳ１０３）。
【００８６】
なお、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち下がりは、ＭＯＳＦＥＴ５３０及びデジタルポテンショメータ５４０を介して、第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０にもそれぞれ入力される。
【００８７】
その後、遅延時間算出部３２０に対して、第２フォトカプラ５２０から出力されるフィードバックカプラ信号のパルス立ち下がりが入力されると、パルス立ち下がりに対する第２フォトカプラ５２０の遅延時間である遅延時間Ｔｂの計測が終了される（ステップＳ１０４）。
【００８８】
以上説明した処理によれば、スイッチング制御信号ＰＷＣのパルス立ち下がりの第２フォトカプラ５２０における遅延時間Ｔｂ（即ち、パルスの立ち下がりが第２フォトカプラ５２０を介して伝達されるのに要する時間）を容易且つ的確に計測することができる。
【００８９】
遅延時間Ｔａ及びＴｂが計測されると、遅延時間算出部３２０では、遅延時間Ｔａの値が遅延時間Ｔｂの値より大きいか否かが判定される（ステップＳ１０５）。
【００９０】
ここで、遅延時間Ｔａの値が遅延時間Ｔｂの値より大きい場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１の影響を受けるパルスの立ち上がりに対する遅延時間Ｔａを、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１の影響を受けないパルスの立ち上がりに対する遅延時間Ｔｂに合わせて短くすべきであると判断される。そして、遅延時間算出部３２０から抵抗値制御信号が出力され、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１が１段階小さくされる（ステップＳ１０６）。
【００９１】
一方、遅延時間Ｔａの値が遅延時間Ｔｂの値より小さい場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１の影響を受けるパルスの立ち上がりに対する遅延時間Ｔａを、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１の影響を受けないパルスの立ち上がりに対する遅延時間Ｔｂに合わせて長くすべきであると判断される。そして、遅延時間算出部３２０から抵抗値制御信号が出力され、デジタルポテンショメータ５４０の抵抗値Ｒ１が１段階大きくされる（ステップＳ１０７）。
【００９２】
以上説明した一連の処理が繰り返されることにより、遅延時間Ｔａの値は、遅延時間Ｔｂの値へと近づけられる。これにより、第２フォトカプラ５２０における遅延時間のばらつきが低減される。
【００９３】
そして特に、第２フォトカプラ５２０は、上述したように第１フォトカプラ５１０に同期されたフォトカプラであるので、第２フォトカプラ５２０の遅延時間のばらつきを低減することで、第１フォトカプラ５１０の遅延時間のばらつきも同様に低減される。
【００９４】
このように、コンバータ１２の駆動制御に用いられる第１フォトカプラ５１０とは別に、遅延時間の制御用に用いられる第２フォトカプラ５２０を備えることで、遅延時間を計測し難い第１フォトカプラ５１０における遅延時間の制御を好適に行うことが可能となる。具体的には、例えば低電圧である入力側から高電圧の出力側へと信号を伝達する第１フォトカプラ５１０におけるフィードバック制御を、低電圧である入力側から低電圧の出力側へと信号を伝達する第２フォトカプラ５２０によって好適に行うことができる。
【００９５】
次に、上述した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４を参照して、より具体的に説明する。ここに図４は、延時間制御時における各種信号の変化を示すチャート図である。
【００９６】
図４において、スイッチング制御信号出力部３１０から出力直後のスイッチング制御信号ＰＷＣが、図に示すような低電位Ｌ及び高電位Ｈのレベルを有する信号であったとする。また、デジタルポテンショメータ５４０における抵抗値Ｒ１は初期値として比較的大きい値が設定されているものとする。
【００９７】
スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣがＬからＨになると、それに応じて抵抗通過後の電流（即ち、デジタルポテンショメータ５４０と、第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０との間に流れる電流）はＨからＬとなる。この際、抵抗通過後の電流は比較的大きい抵抗値Ｒ１の影響を受けるため、出力直後の信号と比べると変化速度が遅い。このため、第２フォトカプラ５２０から出力されるフィードバックカプラ信号の立ち上がりも大きく遅延し、第２フォトカプラ５２０における立ち上がりの遅延時間Ｔａは比較的大きい値となる。
【００９８】
他方で、スイッチング制御信号出力部３１０から出力されるスイッチング制御信号ＰＷＣがＨからＬになると、それに応じて抵抗通過後の電流はＬからＨとなる。この際、抵抗通過後の電流は抵抗値Ｒ１の影響を受けないため、上述したスイッチング制御信号ＰＷＣがＬからＨになる場合と比べると変化速度が速い。このため、第２フォトカプラ５２０から出力されるフィードバックカプラ信号の立ち上がりの遅延は小さく、第２フォトカプラ５２０における立ち下がりの遅延時間Ｔｂは比較的小さい値となる。
【００９９】
上述したように、遅延時間ＴａとＴｂに大きな差があることが分かった時点で、遅延時間算出部３２０は、抵抗値制御信号によりデジタルポテンショメータの抵抗値Ｒ１を小さくする。このようにすれば、抵抗値Ｒ１を変化させた分だけ、抵抗通過後の変化速度を速めることができる。その結果、第２フォトカプラ５２０における立ち上がりの遅延時間Ｔａは遅延時間Ｔｂと同程度に小さくされ、遅延時間のばらつきが低減される。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態に係る電圧変換装置の制御装置によれば、制御用とは別に設けられたフィードバック用のフォカプラを用いることで、スイッチング制御信号の遅延時間のばらつきを低減できる。従って、例えばコンバータ１２において適切なデッドタイムを実現することが可能である。
【０１０１】
次に、上述した本実施形態に係る電圧変換装置の変形例について、図５から図７を参照して説明する。ここに図５は、遅延時間測定回路の構成を示す回路図である。また図６及び図７は夫々、変形例に係る電圧変換装置の制御装置の構成を示す回路図である。
【０１０２】
なお、以下に示す変形例は、上述した本実施形態に係る電圧変換装置と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり、基本的な部分は概ね同様である。よって、以下では、上述した本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適宜説明を省略するものとする。
【０１０３】
図５において、遅延時間算出部３２０における遅延時間Ｔａ及びＴｂの測定は、ソフト処理ではなく遅延時間測定回路によっても実現することができる。遅延時間測定回路は、論理和回路６１０、論理積回路６２０、ＭＯＳＦＥＴ６３０及び６４０、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２０、エラーアンプ６５０を備えて構成される。
【０１０４】
遅延時間測定回路では、スイッチング制御信号の立ち上がりが入力されると、ＭＯＳＦＥＴ６３０がオンとされ、コンデンサＣ２０に対する充電が開始される。そして、フィードバックカプラ信号の立ち上がりが入力されると、Ｍ１がオフとなり充電が終了される。このため、コンデンサＣ２０には、立ち上がりの遅延時間Ｔａに対応する電荷が充電される。
【０１０５】
続いて、遅延時間測定回路では、スイッチング制御信号の立ち下がりが入力されると、ＭＯＳＦＥＴ６４０がオンとされ、コンデンサＣ２０からの放電が開始される。そして、フィードバックカプラ信号の立ち下がりが入力されると、Ｍ２がオフとなり放電が終了される。このため、コンデンサＣ２０からは、立ち下がりの遅延時間Ｔｂに対応する電荷が放電される。
【０１０６】
以上の結果、充電及び放電後のコンデンサ２０には、遅延時間Ｔａ及びＴｂの差分に対応する電荷が充電されていることになる。よって、その差分をエラーアンプ６５０から抵抗制御信号として出力するようにすれば、遅延時間Ｔａ及びＴｂの差分が小さくなるように抵抗値Ｒ１を変更することができる。
【０１０７】
図６において、図２で示した第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０は、同一素子である複合フォトカプラ５３０として構成されてもよい。このようにすれば、制御用及びフィードバック用の２つのフォトカプラの特性を極めて近いものとすることができる。よって、遅延時間算出部３２０において計測されるフィードバック用のフォトカプラの遅延時間を、制御用のフォトカプラの遅延時間に近づけることができる。従って、より好適に遅延時間を制御することが可能となる。
【０１０８】
なお、図６では、制御用のフォトカプラ及びフィードバック用のフォトカプラで発光素子を共有するような構成となっている。このようにすれば、制御用のフォトカプラ及びフィードバック用のフォトカプラの遅延時間のずれを極めて小さくすることができ、更には消費電力を低減することも可能である。
【０１０９】
図７において、遅延時間の制御は、上述したデジタルポテンショメータ５４０ではなく、電源ＶＣＣの電圧を調整する電圧調整部５７０によっても実現できる。この場合、遅延時間算出部３２０からは、遅延時間Ｔａ及びＴｂの差分に応じた電圧制御信号が、電圧調整部５７０に対して出力される。そして、電圧調整部５７０では、電圧制御信号に基づいて電圧が調整される。
【０１１０】
電源電圧が変更されると、第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０におけるスイッチング制御信号の伝達タイミングが変更される。これにより、第１フォトカプラ５１０及び第２フォトカプラ５２０における遅延時間のばらつきを低減させることが可能である。
【０１１１】
なお、上述した遅延時間の制御方法はあくまで一例であり、他の手法（例えば、コンデンサ５５０及び５６０の容量値の変更等）によっても遅延時間を制御することが可能である。
【０１１２】
以上説明したように、各変形例に係る電圧変換装置の制御装置によっても、上述した本実施形態と同様に、フォトカプラにおける遅延時間のばらつきを低減することが可能である。
【０１１３】
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】
【０１１４】
１２…コンバータ、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…スイッチング制御信号出力部、３２０…遅延時間算出部、５１０…第１フォトカプラ、５２０…第２フォトカプラ、５２５…複合フォトカプラ、５３０…ＭＯＳＦＥＴ、５４０…デジタルポテンショメータ、５７０…電圧調整部、６１０…論理和回路、６２０…論理積回路、６３０，６４０…ＭＯＳＦＥＴ、６５０…エラーアンプ、Ｃ２…平滑コンデンサ、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、ＰＷＣ…スイッチング制御信号、Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２…システムリレー。
【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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