(57)【要約】【課題】電圧変換装置において、リアクトルに流れる電流を好適に検出する。【解決手段】電圧変換装置（１２）は、リアクトル（Ｌ１）と、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（Ｑ１）及び第２スイッチング素子（Ｑ２）と、第１スイッチング素子に流れる第１電流を検出する第１シャント抵抗（Ｒ１）と、第２スイッチング素子に流れる第２電流を検出する第２シャント抵抗（Ｒ２）と、第１電流の検出値（Ｖｒ１）及び第２電流の検出値（Ｖｒ２）を合成して合成電流とする電流合成手段（３１０）と、合成電流の電流値を相異なる複数のタイミングで検出することで、リアクトルに流れる電流のピーク値及び平均値を検出する検出手段（３２０）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルと、
前記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スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子に流れる第１電流を検出する第１シャント抵抗と、
前記第２スイッチング素子に流れる第２電流を検出する第２シャント抵抗と、
前記第１電流の検出値及び前記第２電流の検出値を合成して合成電流とする電流合成手段と、
前記合成電流の電流値を相異なる複数のタイミングで検出することで、前記リアクトルに流れる電流のピーク値及び平均値を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記第１スイッチング素子及び第２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の切替えタイミングで検出した電流値を前記ピーク値とし、前記スイッチング制御信号を生成するためのキャリア信号の山及び谷のタイミングで検出した電流値を前記平均値とすることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
【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】
コンバータは、例えばリアクトルに接続された２つのスイッチング素子を備えており、これら２つのスイッチング素子のオンオフを制御することにより電圧を変換する。スイッチング素子には、例えば過電流を検出するための内蔵型のセンシング機構が設けられる場合がある。スイッチング素子に内蔵されるセンシング機構を用いる技術として、例えばスイッチング素子で過電流が検知されたか否かに基づいて、リアクトルの状態を検出するというものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８３０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンバータの制御を適切に行うためには、リアクトルに流れる電流の電流値を検出することが求められる。しかしながら、上述した特許文献１に記載されている技術は、リアクトルのインダクタンス低下を検出するものであり、リアクトルにおける電流値を検出することについては何ら記載されていない。また、仮にスイッチング素子において検出された電流値からリアクトル電流を推定するとしても、スイッチング素子に内蔵されるセンシング機構は比較的精度が悪いため、リアクトルにおける電流値を正確に推定することは決して容易とは言えない。
【０００８】
なお、リアクトルに非接触型の電流センサを設けるという方法も考えられるが、非接触型の電流センサでは、スイッチング素子に内蔵されるセンシング機構のように過電流を検出することができない。このため、非接触型の電流センサとスイッチング素子に内蔵されるセンシング機構とは機能を統合することができず、結果的に装置構成を複雑化させてしまう。
【０００９】
以上のように、上述した特許文献１に記載されている技術では、リアクトルにおける電流値を好適に検出することができないという技術的問題点を有している。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成で、リアクトルにおける電流値を正確に検出することが可能な電圧変換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】
【００１１】
本発明の電圧変換装置は上記課題を解決するために、リアクトルと、前記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スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に流れる第１電流を検出する第１シャント抵抗と、前記第２スイッチング素子に流れる第２電流を検出する第２シャント抵抗と、前記第１電流の検出値及び前記第２電流の検出値を合成して合成電流とする電流合成手段と、前記合成電流の電流値を相異なる複数のタイミングで検出することで、前記リアクトルに流れる電流のピーク値及び平均値を検出する検出手段とを備える。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明に係る電圧変換装置の動作時には、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スイッチング制御信号が夫々生成される。具体的には、例えば第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率に対応するデューティ指令信号、及び第１スイッチング素子及び第２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スイッチング制御信号が生成される。生成されたスイッチング制御信号は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に供給され、これにより電圧変換装置の第１アーム及び第２アームの駆動が制御されることになる。
【００１５】
また本発明に係る電圧変換装置には、第１スイッチング素子に流れる第１電流を検出する第１シャント抵抗、及び第２スイッチング素子に流れる第２電流を検出する第２シャント抵抗が備えられている。第１シャント抵抗及び第２シャント抵抗は、例えば各スイッチング素子と直列に接続するように設けられる。
【００１６】
第１シャント抵抗で検出された第１電流の電流値及び第２シャント抵抗で検出された第２電流の電流値は、例えばＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の処理ユニットの一部として構成される電流合成手段によって合成電流とされる。よって、合成電流は、第１スイッチング素子が設けられる第１アーム側及び第２スイッチング素子が設けられる第２アーム側の電流を合成したものとなる。即ち、合成電流は、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と直列に接続されているリアクトルを流れる電流に極めて近い電流であると言える。
【００１７】
ここで本発明では特に、例えば上述したＥＣＵ等の処理ユニットの一部として構成される検出手段によって、合成電流の電流値が相異なる複数のタイミングで検出（サンプリング）される。これにより、スイッチング素子のオンオフによって周期的に上下するリアクトルに流れる電流（以下、適宜「リアクトル電流」と称する）のピーク値及び平均値が検出（正確には推定）される。なお、ここでの「ピーク値」とは、各スイッチング素子がオンとされる直前の値（即ち、極小値）及び各スイッチング素子がオフとされる直前の値（即ち、極大値）を意味している。また、ここでの「平均値」とは、比較的長い期間における平均値を意味するものではなく、スイッチング素子のオンオフによって周期的に上下する電流値の瞬間的な平均値（即ち、周期的に上下する電流値の比較的短い期間における実質的な値）を意味している。
【００１８】
検出されたピーク値は、例えばアーム短絡に起因する過電流の検出（即ち、装置の保護用）に用いられる。一方で、検出された平均値は、例えば電圧変換装置の動作を制御するため処理（即ち、装置の制御用）に用いられる。このように、本発明に係る電圧変換装置では、装置の保護用及び制御用に用いる電流値を２つのシャント抵抗によって好適に検出することができる。
【００１９】
なお、リアクトル電流を検出する方法としては、例えばリアクトルに非接触型の電流センサを設けるという方法も考えられるが、非接触型の電流センサでは、上述した過電流の検出を行うことが難しい。また、スイッチング素子に内蔵型のセンシング機構を設けるという方法も考えられるが、このようなセンシング機構は電流値の検出精度が比較的低く、高い精度が求められる制御用の電流値を検出することは難しい。このように、装置の保護用及び制御用に用いる２種類の電流値を、１種類の部材で検出することは容易ではない。
【００２０】
しかるに本発明では、上述したように、２つのシャント抵抗によって、リアクトル電流のピーク値及び平均値の２種類の電流値が検出される。よって、例えば装置を保護するための電流値及び装置を制御するための電流値の両方を１種類の部材によって検出できる。従って、比較的簡単な構成で、高性能な電圧変換装置を実現できる。
【００２１】
本発明の電圧変換装置の一態様では、前記検出手段は、前記第１スイッチング素子及び第２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の切替えタイミングで検出した電流値を前記ピーク値とし、前記スイッチング制御信号を生成するためのキャリア信号の山及び谷のタイミングで検出した電流値を前記平均値とする。
【００２２】
この態様によれば、検出手段において、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオンオフを切替えるスイッチング制御信号の切替えタイミングで検出した電流値が、リアクトル電流のピーク値として検出される。なお、ここでの「切替えタイミング」とは、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオンからオフへ又はオフからオンへと切り替えるタイミングであり、例えばスイッチング制御信号のパルスの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングである。
【００２３】
スイッチング制御信号の切替えタイミングで電流値を検出すれば、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に電流が流れ始める直前又は電流が停止される直前の電流値が検出されることになる。よって、リアクトル電流のピーク値を好適に検出することができる。
【００２４】
また本態様では、検出手段において、スイッチング制御信号を生成するためのキャリア信号の山及び谷のタイミングで検出した電流値が、リアクトル電流の平均値として検出される。
【００２５】
ここで特に、キャリア信号の位相は、リアクトル電流の位相から９０℃ずれている。よって、キャリア信号の山及び谷のタイミングで電流値を検出すれば、リアクトル電流の上下ピーク値の中間の値が検出されることになる。よって、リアクトル電流の平均値を好適に検出することができる。
【００２６】
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】
【００２７】
【図１】実施形態に係る電圧変換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】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る電圧変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】電流値のサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
先ず、本実施形態に係る電圧変換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が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。
【００３０】
図１において、本実施形態に係る電圧変換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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ＶＬ及び直流電流ＩＢの検出値をＥＣＵ３０に出力する。
【００３４】
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。
【００３５】
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、シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２とを含む。
【００３６】
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からのスイッチング制御信号ＰＷＣによって制御される。
【００３７】
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。
【００３８】
シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２は、本発明の「第１シャント抵抗」及び「第２シャント抵抗」の一例であり、電流を検出するための抵抗素子として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対応するように夫々設けられている。即ち、シャント抵抗Ｒ１は、スイッチング素子Ｑ１側に流れる電流Ｖｒ１を検出可能に構成されている。また、シャント抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑ２側に流れる電流Ｖｒ２を検出可能に構成されている。シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２において検出された電流Ｖｒ１及びＶｒ２は、夫々ＥＣＵ３０へと出力される。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ＥＣＵ３０は、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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スイッチング制御信号ＰＷＣを生成する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
ここで、上述したＥＣＵの具体的な構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。なお、図２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。
【００６３】
図２において、ＥＣＵ３０は、電流合成部３１０と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）３２０と、制御器３３０と、サンプリング信号生成部３４０とを備えて構成されている。
【００６４】
電流合成部３１０は、本発明の「電流合成手段」の一例であり、シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２（図１参照）において検出された電流Ｖｒ１及びＶｒ２を合成して合成電流とする。なお、合成電流はリアクトルＬ１を流れる電流ＩＬと等しくなる。
【００６５】
ＡＤＣ３２０は、本発明の「検出手段」の一例であり、合成電流であるＩＬの値を、サンプリング信号生成部３４０において生成されるサンプリング信号に基づくタイミングでサンプリングし出力する。なお、サンプリングされた電流値は、後に詳述するように制御用の電流値及び保護用の電流値として用いられる。
【００６６】
制御器３３０は、ＡＤＣ３２０において検出された電流値のうち、制御用の電流値に基づいてデューティ信号ＤＵＴＹを生成する。なお、デューティ信号ＤＵＴＹは、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンオフの期間比を示す信号である。
【００６７】
サンプリング信号生成部３４０は、キャリア信号生成部３４１、スイッチング信号生成部３４２及びＯＲ回路３４３を含んでいる。
【００６８】
キャリア信号生成部３４１は、スイッチング制御信号ＰＷＣを生成するために所定周期のキャリア信号を生成する。キャリア信号は、スイッチング信号生成部３４２に出力される。また、キャリア信号の山及び谷のタイミングを示す信号がＯＲ回路３４３に出力される。
【００６９】
スイッチング信号生成部３４２は、キャリア信号及びデューティ信号ＤＵＴＹを互いに比較することで、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンオフを切替えるスイッチング制御信号ＰＷＣ（言い換えれば、ゲート信号）を生成する。生成されたスイッチング制御信号ＰＷＣは、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の各々に供給される。またスイッチング制御信号ＰＷＣにおける切替えタイミング（即ち、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンオフを切替えるタイミング）を示す信号がＯＲ回路３４３に供給される。
【００７０】
ＯＲ回路３４３は、キャリア信号生成部３４１から供給されるキャリア信号の山及び谷のタイミングを示す信号と、スイッチング信号生成部３４２から供給されるスイッチング制御信号ＰＷＣにおける切替えタイミングを示す情報の論理和を演算し、サンプリング信号としてＡＤＣ３２０に出力する。
【００７１】
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。
【００７２】
次に、電圧変換装置であるコンバータ１２の動作について、図３及び図４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動作を示すフローチャートである。また図４は、電流値のサンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。なお、以下では、コンバータ１２の動作のうち、本実施形態に特有の動作について詳細に説明し、他の一般的な動作については適宜説明を省略するものとする。
【００７３】
図３において、本実施形態に係るコンバータ１２の動作時には、先ずシャント抵抗Ｒ１，Ｒ２の各々において電流Ｖｒ１及びＶｒ２が検出される（ステップＳ１０１）。検出された電流Ｖｒ１及びＶｒ２は、ＥＣＵ３０における電流合成部３１０において合成され、これによりリアクトル電流ＩＬが推定される（ステップＳ１０２）。
【００７４】
他方、サンプリング信号生成回路３４０では、キャリア信号及びスイッチング制御信号ＰＷＣが生成され、これらの信号に基づきサンプリング信号が生成される（ステップＳ１０３）。
【００７５】
図４において、例えばキャリア信号及びデューティ信号ＤＵＴＹが図に示すような信号であったとする。この場合、スイッチング制御信号ＰＷＣは、キャリア信号及びデューティ信号ＤＵＴＹの交点が切替えタイミング（言い換えれば、パルスの立ち上がり及び立ち下がりタイミング）となるようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成する。
【００７６】
スイッチング制御信号ＰＷＣが生成されると、スイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミング（即ち、キャリア信号及びデューティ信号ＤＵＴＹの交点に対応するタイミング）を示す信号と、キャリア信号の山谷タイミングを示す信号との論理和がＯＲ回路３４３によって演算され、サンプリング信号が生成される。サンプリング信号は、ＡＤＣ３２０に出力される。
【００７７】
図３に戻り、サンプリング信号が生成されると、ＡＤＣ３２０では、サンプリング信号の示すサンプリングタイミングでリアクトル電流ＩＬの値がサンプリングされる（ステップＳ１０４）。具体的には、ＡＤＣ３２０は、キャリア信号の山及び谷のタイミング、並びにスイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミングで、リアクトル電流ＩＬをサンプリングする。
【００７８】
ここで特に、サンプリングされた値が、キャリア信号の山谷タイミングでサンプリングされたものである場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、サンプリングされた電流値は制御用の電流値として用いられる（ステップＳ１０６）。一方で、サンプリングされた値が、スイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミングでサンプリングされたものである場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、サンプリングされた電流値は保護用の電流値として用いられる（ステップＳ１０７）。
【００７９】
再び図４において、キャリア信号の山谷タイミングでサンプリングされた電流値は、図からも分かるように、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンオフによって上下するリアクトル電流ＩＬの平均値となる。よって、キャリア信号の山谷タイミングでサンプリングされた電流値を制御用の電流値（例えば、デューティ信号を生成するための電流値）として用いれば、好適にコンバータ１２の動作を制御することが可能となる。
【００８０】
一方、スイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミングでサンプリングされた電流値は、図からも分かるように、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンオフによって上下するリアクトル電流ＩＬのピーク値（即ち、山又は谷の値）となる。よって、スイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミングでサンプリングされた電流値を保護用の電流値（例えば、過電流を検出するための電流値）として用いれば、好適にコンバータ１２の信頼性を高めることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態に係る電圧変換装置によれば、シャント抵抗Ｒ１及びＲ２を用いることで、リアクトル電流Ｌ１のピーク値及び平均値の２種類の電流値が検出される。よって、上述したようにコンバータ１２を保護するための電流値及び制御するための電流値の両方を好適に検出することが可能である。
【００８２】
なお、上述した実施形態では、キャリア信号の山谷タイミング及びスイッチング制御信号ＰＷＣの切替えタイミングをサンプリングする場合について説明したが、他のタイミングでサンプリングするようにしてもよい。また、検出される電流値は、上述した保護用の電流値及び制御用の電流値とは別の目的で使用されるものであっても構わない。
【００８３】
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】
【００８４】
１２…コンバータ、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…電流合成部、３２０…ＡＤＣ、３３０…制御器、３４０…サンプリング信号生成部、３４１…キャリア信号生成部、３４２…スイッチング信号生成部、３４３…ＯＲ回路、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】
2013172528.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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