(57)【要約】【課題】始動時にスイッチング素子をＰＷＭ制御するデューティ比を、適切に算出できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】入力電圧を検出する入力電圧検出器３と、入力電圧をスイッチングにより電圧変換して出力する為のスイッチング素子４と、スイッチングにより電圧変換されて出力される電圧を検出する出力電圧検出器８と、スイッチング素子４をスイッチングの為に駆動する駆動回路１５と、駆動回路１５がスイッチングの為に駆動する際のデユーティ比を算出する制御部１１とを備え、制御部１１は、始動時のデューティ比を入力電圧検出器３が検出した入力電圧値に基づき算出し、以降のデューティ比を出力電圧検出器８が検出した出力電圧値に基づき算出する。【選択図】図１
2017093242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を検出する入力電圧検出器と、
前記入力電圧をスイッチングにより電圧変換して出力する為のスイッチング素子と、
前記スイッチングにより電圧変換されて出力される電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記スイッチング素子を前記スイッチングの為に駆動する駆動回路と、
該駆動回路が前記スイッチングの為に駆動する際のデユーティ比を算出する制御部と
を備え、
前記制御部は、始動時のデューティ比を前記入力電圧検出器が検出した入力電圧値に基づき算出し、以降のデューティ比を前記出力電圧検出器が検出した出力電圧値に基づき算出することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記入力電圧をスイッチングにより降圧して出力しており、
前記制御部は、始動時のデューティ比を、
（目標電圧値／前記入力電圧値）×α×１００％
により算出する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。（０＜α＜１）
【請求項３】
前記入力電圧をスイッチングにより昇圧して出力しており、
前記制御部は、始動時のデューティ比を、
（（目標電圧値−前記入力電圧値）／目標電圧値）×α×１００％
により算出する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。（０＜α＜１）
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
該ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側及び出力側にそれぞれ接続された蓄電池又はキャパシタと
を備えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧検出器と、入力電圧をスイッチングにより電圧変換して出力する為のスイッチング素子と、出力電圧検出器とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ、及びこのＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車及び電気自動車では、比較的高圧の動力用電力と従来の比較的低圧（１２Ｖ）の補助電気機器用電力とが使用されている。これらの動力用電力系統及び補助電気機器用電力系統間には、ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されて、電圧制御に使用されている。また、エンジン駆動自動車でも、エネルギー効率を考慮して、比較的高圧の電力と従来の比較的低圧（１２Ｖ）の電力とを使い分けるものがあり、両電力系統間にＤＣ／ＤＣコンバータが接続されて、電圧制御が行われる。
【０００３】
スイッチング制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータでは、例えば、コイルの出力電圧又は入力電圧を、スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することによりスイッチングする。昇圧又は降圧された電圧は、平滑コンデンサにより平滑され、ＰＷＭ制御のデューティ比に応じて得ることができる。
【０００４】
このようなＤＣ／ＤＣコンバータでは、出力電圧値に基づき昇降圧する場合、ＰＷＭ制御のデューティ比は、例えば、
前回のデューティ比
×（出力電圧値＋（目標電圧値−出力電圧値）／２）／出力電圧値
＝前回のデューティ比
×（出力電圧値＋目標電圧値）／（２×出力電圧値）      （１）
により算出する。
【０００５】
特許文献１には、入力電圧を昇圧して負荷に供給する高圧電源をＰＷＭ信号により制御する制御回路が開示されている。高圧電源に出力するＰＷＭ信号のデューティ比の初期値を変更して、負荷を正常動作させる為の電圧を高圧電源が出力可能な状態に立ち上がる迄の時間を変更し、高圧電源の出力電圧が目標電圧に到達する迄の到達時間を変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した出力電圧値に基づき昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータでは、始動時の初回のデューティ比を算出する際（式（１））、前回のデューティ比が存在しないので、不適切に高いデューティ比が設定され、過電圧が出力される虞があるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、始動時にスイッチング素子をＰＷＭ制御するデューティ比を、適切に算出できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、また、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧を検出する入力電圧検出器と、前記入力電圧をスイッチングにより電圧変換して出力する為のスイッチング素子と、前記スイッチングにより電圧変換されて出力される電圧を検出する出力電圧検出器と、前記スイッチング素子を前記スイッチングの為に駆動する駆動回路と、該駆動回路が前記スイッチングの為に駆動する際のデユーティ比を算出する制御部とを備え、前記制御部は、始動時のデューティ比を前記入力電圧検出器が検出した入力電圧値に基づき算出し、以降のデューティ比を前記出力電圧検出器が検出した出力電圧値に基づき算出することを特徴とする。
【００１１】
このＤＣ／ＤＣコンバータでは、入力電圧検出器が、入力電圧を検出し、スイッチング素子が、入力電圧をスイッチングにより電圧変換して出力し、出力電圧検出器が、スイッチングにより電圧変換されて出力される電圧を検出する。駆動回路が、スイッチング素子をスイッチングの為に駆動し、制御部が、駆動回路がスイッチングの為に駆動する際のデユーティ比を算出する。制御部は、始動時のデューティ比を入力電圧検出器が検出した入力電圧値に基づき算出し、以降のデューティ比を出力電圧検出器が検出した出力電圧値に基づき算出する。
【００１２】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入力電圧をスイッチングにより降圧して出力しており、前記制御部は、始動時のデューティ比を、
（目標電圧値／前記入力電圧値）×α×１００％
により算出することを特徴とする。（０＜α＜１）
【００１３】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入力電圧をスイッチングにより昇圧して出力しており、前記制御部は、始動時のデューティ比を、
（（目標電圧値−前記入力電圧値）／目標電圧値）×α×１００％
により算出することを特徴とする。（０＜α＜１）
【００１４】
本発明に係る電源装置は、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側及び出力側にそれぞれ接続された蓄電池又はキャパシタとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータによれば、始動時にスイッチング素子をＰＷＭ制御するデューティ比を、適切に算出できるＤＣ／ＤＣコンバータを実現することができる。
【００１６】
本発明に係る電源装置によれば、始動時にスイッチング素子をＰＷＭ制御するデューティ比を、適切に算出できるＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作の例を示すフローチャートである。
【図３】ＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この電源装置は、車両用電源装置及び照明装置等に利用可能な降圧電源装置であり、大容量キャパシタ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６及びバッテリ１０を備えている。
【００２０】
大容量キャパシタ２は、例えば電気二重層キャパシタであり、モータジェネレータ１が発電した例えば約２４Ｖの電力を蓄電すると共に、モータジェネレータ１が駆動する際は、その駆動電力を供給する。モータジェネレータ１は、スタータの始動機能とオルタネータ（交流発電機）の発電機能とを有し、車両の減速時には回生電力を発電する。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、入力電圧検出器３、スイッチング素子４、ダイオード５、コイル６、平滑コンデンサ７、出力電圧検出器８、制御部１１及び駆動回路１５を備えている。
入力電圧検出器３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６への入力電圧値を検出し、検出した入力電圧値を制御部１１へ与える。
スイッチング素子４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６への入力電圧を、ＰＷＭ制御によりスイッチングしてコイル６の一方の端子に与える。
【００２２】
ダイオード５は、アノードが接地され、カソードがスイッチング素子４、及びコイル６の一方の端子間に接続され、スイッチング素子４がオフのときに、接地端子からの電流をコイル６に通流させる。
コイル６は、他方の端子が平滑コンデンサ７のプラス端子に接続され、スイッチング素子４によりスイッチングされた電流の変化を抑制して出力する。
【００２３】
平滑コンデンサ７は、マイナス端子が接地され、コイル６が出力した電力を平滑する。
出力電圧検出器８は、平滑コンデンサ７が平滑したＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧値を検出し、検出した出力電圧値を制御部１１へ与える。
制御部１１は、Ａ／Ｄ変換器１４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２及びパルス発生器１３を備えている。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器１４は、入力電圧検出器３及び出力電圧検出器８から与えられた入力電圧値及び出力電圧値をそれぞれアナログ／ディジタル変換して、ＣＰＵ１２へ与える。
ＣＰＵ１２は、与えられた入力電圧値又は出力電圧値に基づき、スイッチング素子４のＰＷＭ制御のデューティ比を算出して、パルス発生器１３へ与える。また，ＣＰＵ１２は、例えばイグニッション信号ＩＧを与えられ、エンジンの始動時（ＤＣ／ＤＣコンバータ１６も始動する）を判定する。
パルス発生器１３は、与えられたデューティ比の所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路１５へ与える。
【００２５】
駆動回路１５は、与えられたパルス信号をスイッチング素子４の駆動電圧に増幅し、スイッチング素子４を駆動させる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、上記の構成により、モータジェネレータ１の発電電力及び大容量キャパシタ２の出力電力を、例えば約１２Ｖへ降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が出力した電力は、車載電気負荷９等を駆動すると共に、バッテリ１０に蓄電される。
【００２６】
以下に、このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作の例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御部１１のＣＰＵ１２は、イグニッション信号ＩＧがオンになり、モータジェネレータ１に連動するエンジンが始動する時であるか否かを判定し（Ｓ１）、エンジンが始動する時であれば、入力電圧検出器３が検出した入力電圧値Ｖｉを取得する（Ｓ３）。
【００２７】
次に、ＣＰＵ１２は、取得した入力電圧値Ｖｉ、及び予め定められている目標電圧値Ｖｔに基づき、スイッチング素子４のＰＷＭ制御のデューティ比Ｄを、例えば式（２）により算出する（Ｓ５）。
（Ｖｔ／Ｖｉ）×α×１００＝Ｄ      （２）
但し、予め定めてある係数αは、０＜α＜１であり、これにより、出力電圧が過大になるのを防止する。
また、式（２）によれば、デューティ比Ｄが大きい程、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の降圧幅は小さくなって、出力電圧は高くなる。
【００２８】
次に、ＣＰＵ１２は、算出したデューティ比Ｄを、内蔵メモリに記憶した（Ｓ７）後、パルス発生器１３へ出力した（Ｓ９）後、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ１）。
パルス発生器１３は、ＣＰＵ１２が出力したデューティ比Ｄの所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路１５へ与える。駆動回路１５は、与えられたパルス信号によりスイッチング素子４を駆動させる。
【００２９】
ＣＰＵ１２は、エンジンが始動する時でなく（Ｓ１）、また、エンジンが停止中でもなければ（Ｓ１１）、内蔵メモリが記憶した（Ｓ７）前回のデューティ比Ｄを取得する（Ｓ１３）。次いで、ＣＰＵ１２は、出力電圧検出器８が検出した出力電圧値Ｖｏを取得する（Ｓ１５）。
【００３０】
次に、ＣＰＵ１２は、取得した前回のデューティ比Ｄ及び出力電圧値Ｖｏ、並びに目標電圧値Ｖｔに基づき、スイッチング素子４をＰＷＭ制御するデューティ比Ｄを、例えば式（３）により算出する（Ｓ１７）。
（前回のＤ）×（Ｖｔ＋Ｖｏ）／２Ｖｏ＝Ｄ      （３）
但し、式（３）＝式（１）である。
また、式（３）によれば、出力電圧値Ｖｏが目標電圧値Ｖｔに近付くにつれて、デューティ比Ｄが一定値に収斂して行く。
【００３１】
次に、ＣＰＵ１２は、算出したデューティ比Ｄを、内蔵メモリに記憶した（Ｓ７）後、パルス発生器１３へ出力した（Ｓ９）後、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ１）。
パルス発生器１３は、ＣＰＵ１２が出力したデューティ比Ｄの所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路１５へ与える。駆動回路１５は、与えられたパルス信号によりスイッチング素子４を駆動させる。
ＣＰＵ１２は、エンジンが始動する時でなく（Ｓ１）、また、エンジンが停止中であれば（Ｓ１１）、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ１）。
【００３２】
尚、本実施の形態１では、始動時の初回のデューティ比Ｄのみを、入力電圧値に基づき算出しているが、初回に限らず、初回から複数回のデューティ比Ｄを、入力電圧値に基づき算出しても良い。
また、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１６及び電源装置の構成は、一例であって、これに限られるものではない。
【００３３】
（実施の形態２）
図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び電源装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この電源装置は、車両用電源装置等に利用可能な昇圧電源装置であり、低圧バッテリ２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７及び高圧バッテリ３０を備えている。
低圧バッテリ２２は、約１２Ｖの電力を蓄電し、車載電気負荷３６等へ電力を供給すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７への入力電力を供給する。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３７は、入力電圧検出器２３、スイッチング素子２４、ダイオード２５、コイル２６、平滑コンデンサ２７、出力電圧検出器２８、制御部３１及び駆動回路３５を備えている。
入力電圧検出器２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７への入力電圧値を検出し、検出した入力電圧値を制御部３１へ与える。
【００３５】
コイル２６は、一方の端子にＤＣ／ＤＣコンバータ３７への入力電力が与えられる。
スイッチング素子２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７の他方の端子及び接地端子間を、ＰＷＭ制御によりスイッチングして、コイル２６内に電気エネルギーを蓄積させる。コイル２６内に蓄積された電気エネルギーは、順接続されたダイオード２５を通じて、平滑コンデンサ２７に与えられる。
【００３６】
平滑コンデンサ２７は、マイナス端子が接地され、コイル２６がダイオード２５を通じて出力した電力を平滑する。
出力電圧検出器２８は、平滑コンデンサ２７が平滑したＤＣ／ＤＣコンバータ３７の出力電圧値を検出し、検出した出力電圧値を制御部３１へ与える。
制御部３１は、Ａ／Ｄ変換器３４、ＣＰＵ３２及びパルス発生器３３を備えている。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換器３４は、入力電圧検出器２３及び出力電圧検出器２８から与えられた入力電圧値及び出力電圧値をそれぞれアナログ／ディジタル変換して、ＣＰＵ３２へ与える。
ＣＰＵ３２は、与えられた入力電圧値又は出力電圧値に基づき、スイッチング素子２４をＰＷＭ制御するデューティ比を算出して、パルス発生器３３へ与える。また，ＣＰＵ３２は、例えばイグニッション信号ＩＧを与えられ、エンジンの始動時（ＤＣ／ＤＣコンバータ３７も始動する）を判定する。
パルス発生器３３は、与えられたデューティ比の所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路３５へ与える。
【００３８】
駆動回路３５は、与えられたパルス信号をスイッチング素子２４の駆動電圧に増幅し、スイッチング素子２４を駆動させる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３７は、上記の構成により、低圧バッテリ２２の出力電力を、例えば約２４Ｖへ昇圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３７が出力した電力は、車載電気負荷２９等を駆動すると共に、高圧バッテリ３０に蓄電される。
【００３９】
以下に、このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータ３７の動作の例を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御部３１のＣＰＵ３２は、イグニッション信号ＩＧがオンになり、図示しないエンジンが始動する時であるか否かを判定し（Ｓ２１）、エンジンが始動する時であれば、入力電圧検出器２３が検出した入力電圧値Ｖｉを取得する（Ｓ２３）。
【００４０】
次に、ＣＰＵ３２は、取得した入力電圧値Ｖｉ、及び予め定められている目標電圧値Ｖｔに基づき、スイッチング素子２４をＰＷＭ制御するデューティ比Ｄを式（４）により算出する（Ｓ２５）。
（（Ｖｔ−Ｖｉ）／Ｖｔ）×α×１００＝Ｄ      （４）
但し、予め定められた係数αは、０＜α＜１であり、これにより、出力電圧が過大になるのを防止する。
また、式（４）によれば、デューティ比Ｄが大きい程、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７の昇圧幅は大きくなって、出力電圧は高くなる。
【００４１】
次に、ＣＰＵ３２は、算出したデューティ比Ｄを、内蔵メモリに記憶した（Ｓ２７）後、パルス発生器３３へ出力した（Ｓ２９）後、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ２１）。
パルス発生器３３は、ＣＰＵ３２が出力したデューティ比Ｄの所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路３５へ与える。駆動回路３５は、与えられたパルス信号によりスイッチング素子２４を駆動させる。
【００４２】
ＣＰＵ３２は、エンジンが始動する時でなく（Ｓ２１）、また、エンジンが停止中でもなければ（Ｓ３１）、内蔵メモリが記憶した（Ｓ２７）前回のデューティ比Ｄを取得する（Ｓ３３）。次いで、ＣＰＵ３２は、出力電圧検出器２８が検出した出力電圧値Ｖｏを取得する（Ｓ３５）。
【００４３】
次に、ＣＰＵ３２は、取得した前回のデューティ比Ｄ及び出力電圧値Ｖｏ、並びに目標電圧値Ｖｔに基づき、スイッチング素子２４をＰＷＭ制御するデューティ比Ｄを、例えば式（３）により算出する（Ｓ３７）。
（前回のＤ）×（Ｖｔ＋Ｖｏ）／２Ｖｏ＝Ｄ      （３）
但し、式（３）＝式（１）である。
また、式（３）によれば、出力電圧値Ｖｏが目標電圧値Ｖｔに近付くにつれて、デューティ比Ｄが一定値に収斂して行く。
【００４４】
次に、ＣＰＵ３２は、算出したデューティ比Ｄを、内蔵メモリに記憶した（Ｓ２７）後、パルス発生器３３へ出力した（Ｓ２９）後、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ２１）。
パルス発生器３３は、ＣＰＵ３２が出力したデューティ比Ｄの所定周期のパルス信号を発生させ、駆動回路３５へ与える。駆動回路３５は、与えられたパルス信号によりスイッチング素子２４を駆動させる。
【００４５】
ＣＰＵ３２は、エンジンが始動する時でなく（Ｓ２１）、また、エンジンが停止中であれば（Ｓ３１）、再度、エンジンが始動する時であるか否かを判定する（Ｓ２１）。
尚、本実施の形態２では、始動時の初回のデューティ比Ｄのみを、入力電圧値に基づき算出しているが、初回に限らず、初回から複数回のデューティ比Ｄを、入力電圧値に基づき算出しても良い。
また、図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３７及び電源装置の構成は、一例であって、これに限られるものではない。
【００４６】
本実施の形態１，２は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  モータジェネレータ
２  大容量キャパシタ（キャパシタ）
３，２３  入力電圧検出器
４，２４  スイッチング素子
５，２５  ダイオード
６，２６  コイル
７，２７  平滑コンデンサ
８，２８  出力電圧検出器
９，２９，３６  車載電気負荷
１０  バッテリ（蓄電池）
１１，３１  制御部
１２，３２  ＣＰＵ
１３，３３  パルス発生器
１４，３４  Ａ／Ｄ変換器
１５，３５  駆動回路
１６，３７  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２  低圧バッテリ（蓄電池）
３０  高圧バッテリ（蓄電池）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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