(57)【要約】【課題】ゼロ電流スイッチングを行うことができるＤＣ／ＤＣ変換装置、コンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法を提供する。【解決手段】入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、出力電流を検出する電流検出部と、検出した電流を電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、補正した電流、共振インダクタのインダクタンス及び共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部とを備え、制御部は、スイッチングデバイスをオンした時点から導通時間が経過した時点以降の時点でスイッチングデバイスをオフする。【選択図】図１
2017225228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、
該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、
該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、
前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、
出力電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、
前記電流補正部で補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス及び前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部と
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフするＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項２】
入力電圧を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部で検出した電圧を前記電圧検出部の電圧検出誤差に応じて補正する電圧補正部と
を備え、
前記導通時間算出部は、
さらに、前記電圧補正部で補正した電圧に基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項３】
前記導通時間算出部は、
Ｔｄ＝π×｛√（Ｌｅ×Ｃｅ）＋Ｌｅ×Ｉｅ／Ｖｅ｝
という式で前記導通時間Ｔｄを算出し、ここで、
Ｌｅ：前記共振インダクタの所定の誤差を含むインダクタンス値
Ｃｅ：前記共振キャパシタの所定の誤差を含むキャパシタンス値
Ｉｅ：前記電流補正部で補正した電流値
Ｖｅ：前記電圧補正部で補正した電圧値
である請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項４】
前記共振インダクタの所定の誤差及び前記共振キャパシタの所定の誤差は、最大誤差である請求項３に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記電圧補正部は、
前記電圧検出部で検出した電圧を前記電圧検出誤差の最小誤差を含む電圧値に補正する請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項６】
前記電流補正部は、
前記電流検出部で検出した電流を前記電流検出誤差の最大誤差を含む電流値に補正する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項７】
前記共振インダクタに流れる共振電流の周期を算出する周期算出部を備え、
前記導通時間算出部で算出した導通時間は、前記周期算出部で算出した周期より短い請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項８】
前記周期算出部は、
Ｔｆ＝２π×√（Ｌｍｉｎ×Ｃｍｉｎ）
という式で前記周期Ｔｆを算出し、ここで、
Ｌｍｉｎ：前記共振インダクタンスの最小誤差を含むインダクタンス値
Ｃｍｉｎ：前記共振キャパシタンスの最小誤差を含むインダクタンス値
である請求項７に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点と前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記周期算出部で算出した周期が経過した時点との間で前記スイッチングデバイスをオフする請求項７又は請求項８に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項１０】
コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、
前記電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、
補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部と
して機能させ、
前記制御部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする処理を行うコンピュータプログラム。
【請求項１１】
入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、
前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、
検出された電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて電流補正部が補正し、
補正された電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を導通時間算出部が算出し、
前記制御部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から算出された導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフするＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力側の直流電圧を出力側の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータが車載機器及び産業用機器に使用されている。近年、車載機器や産業用機器の小型化要求が高く、ＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる受動素子（例えば、インダクタ、キャパシタなど）の小型化のため、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作周波数（スイッチング周波数）が高くなりつつある。しかし、動作周波数を高くすると、スイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる。
【０００３】
そこで、共振用インダクタと共振用キャパシタとから構成される共振回路の共振により通電スイッチに流れる共振電流がゼロになったときに通電スイッチをオフにするゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：Zero Current Switching）を行うことにより、ターンオフ時のスイッチング損失を低減する電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、ゼロ電流スイッチングを行う際に、電流や電圧を検出する際の検出誤差が考慮されていない。このため、検出誤差の影響によりゼロ電流スイッチングを実現することができないおそれがある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ゼロ電流スイッチングを行うことができるＤＣ／ＤＣ変換装置、該ＤＣ／ＤＣ変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及びＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法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】
【０００７】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、出力電流を検出する電流検出部と、該電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、前記電流補正部で補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス及び前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部とを備え、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする。
【０００８】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、前記電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部として機能させ、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする処理を行う。
【０００９】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、検出された電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて電流補正部が補正し、補正された電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を導通時間算出部が算出し、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から算出された導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】共振インダクタに流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。
【図３】本実施の形態の誤差を考慮した場合の共振インダクタに流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。
【図４】本実施の形態のスイッチングデバイスのオフタイミングの一例を示す説明図である。
【図５】本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御の処理手順の一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】
【００１２】
［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、出力電流を検出する電流検出部と、該電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、前記電流補正部で補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス及び前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部とを備え、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部と、前記電流検出部で検出した電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する電流補正部と、補正した電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する導通時間算出部として機能させ、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする処理を行う。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する共振キャパシタと、出力電流を検出する電流検出部とを備えるＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法であって、前記スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、検出された電流を前記電流検出部の電流検出誤差に応じて電流補正部が補正し、補正された電流、前記共振インダクタのインダクタンス並びに前記共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を導通時間算出部が算出し、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から算出された導通時間が経過した時点以降の時点で前記スイッチングデバイスをオフする。
【００１５】
スイッチングデバイスは、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフする。スイッチングデバイスは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのデバイスである。ＩＧＢＴを使用する場合は、ダイオードをコレクタ・エミッタ間に逆並列に接続する。共振インダクタは、スイッチングデバイスに直列に接続されている。共振キャパシタは、共振インダクタとともに共振回路を構成する。制御部は、スイッチングデバイスのオン／オフを制御する。
【００１６】
電流検出部は、出力電流を検出し、電流補正部は、電流検出部で検出した電流を電流検出部の電流検出誤差に応じて補正する。すなわち、電流補正部は、電流検出部で検出した電流を電流検出部の電流検出誤差を含む電流値に補正する。例えば、検出した電流をＩとし、電流検出誤差を±Δｉとすると、電流補正部は、電流値Ｉを（Ｉ＋Δｉ）に補正することができる。
【００１７】
導通時間算出部は、電流補正部で補正した電流、共振インダクタのインダクタンス及び共振キャパシタのキャパシタンスに基づいて、スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する。スイッチングデバイスと共振インダクタとが直列に接続されているので、スイッチングデバイスに流れる電流は共振インダクタにも流れる。すなわち、共振インダクタに流れる共振電流がゼロになった時点から次にゼロになる時点までの時間を求めることにより、導通時間を算出することができる。
【００１８】
制御部は、スイッチングデバイスをオンした時点から導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点以降の時点でスイッチングデバイスをオフする。スイッチングデバイスをオンした時点は、共振電流が流れ始める時点である。導通時間が経過した時点でスイッチングデバイスに流れる電流はゼロになり、当該時点以降では、共振電流が負になるので、当該時点以降の時点でスイッチングデバイスをオフすることにより、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を実現することができる。また、電流検出誤差を考慮して検出した値を補正するので、電流検出誤差を考慮して導通時間を算出することができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部で検出した電圧を前記電圧検出部の電圧検出誤差に応じて補正する電圧補正部とを備え、前記導通時間算出部は、さらに、前記電圧補正部で補正した電圧に基づいて、前記スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する。
【００２０】
電圧検出部は、入力電圧を検出し、電圧補正部は、電圧検出部で検出した電圧を電圧検出部の電圧検出誤差に応じて補正する。すなわち、電圧補正部は、電圧検出部で検出した電圧を電圧検出部の電圧検出誤差を含む電圧値に補正する。例えば、検出した電圧をＶとし、電圧検出誤差を±Δｖとすると、電圧補正部は、電圧値Ｖを（Ｖ−Δｖ）に補正することができる。
【００２１】
導通時間算出部は、さらに、電圧補正部で補正した電圧に基づいて、スイッチングデバイスに共振電流が流れる導通時間を算出する。これにより、電圧検出誤差が存在する場合でも、電圧検出誤差を考慮して導通時間を算出することができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記導通時間算出部は、Ｔｄ＝π×｛√（Ｌｅ×Ｃｅ）＋Ｌｅ×Ｉｅ／Ｖｅ｝という式で前記導通時間Ｔｄを算出し、ここで、Ｌｅ：前記共振インダクタの所定の誤差を含むインダクタンス値、Ｃｅ：前記共振キャパシタの所定の誤差を含むキャパシタンス値、Ｉｅ：前記電流補正部で補正した電流値、Ｖｅ：前記電圧補正部で補正した電圧値である。
【００２３】
導通時間算出部は、Ｔｄ＝π×｛√（Ｌｅ×Ｃｅ）＋Ｌｅ×Ｉｅ／Ｖｅ｝という式で導通時間Ｔｄを算出する。ここで、Ｌｅは共振インダクタの所定の誤差を含むインダクタンス値であり、Ｃｅは共振キャパシタの所定の誤差を含むキャパシタンス値であり、Ｉｅは電流補正部で補正した電流値であり、Ｖｅは電圧補正部で補正した電圧値である。
【００２４】
仮に、誤差を全く考慮しない導通時間をＴ０とすると、導通時間Ｔ０が経過した時点で共振電流がゼロになると見込んでいたものの、誤差の影響により共振電流がゼロではなく、正の値となる場合がある。この場合、導通時間Ｔ０の経過時点でスイッチングデバイスをオフにすると、スイッチングデバイスに流れる電流及びスイッチングデバイスに生じる電圧によりスイッチング損失を生じる。そこで、誤差を考慮して、導通時間がＴ０よりも誤差の分だけ長い導通時間Ｔｄ（＞Ｔ０）を用いることにより、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。なお、導通時間Ｔｄを算出する場合に、考慮する誤差は、共振インダクタンス値Ｌｅ、共振キャパシタンス値Ｃｅ、補正した電流値Ｉｅ、及び補正した電圧値Ｖｅの全てでもよく、いずれか１つ又は２つ以上の組み合わせでもよい。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記共振インダクタの所定の誤差及び前記共振キャパシタの所定の誤差は、最大誤差である。
【００２６】
共振インダクタの所定の誤差及び共振キャパシタの所定の誤差は、最大誤差である。これにより、共振インダクタ及び共振キャパシタの部品のばらつきを考慮した誤差のうち最大誤差とすることにより、導通時間Ｔｄを長くすることができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００２７】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記電圧補正部は、前記電圧検出部で検出した電圧を前記電圧検出誤差の最小誤差を含む電圧値に補正する。
【００２８】
電圧補正部は、電圧検出部で検出した電圧を電圧検出誤差の最小誤差を含む電圧値に補正する。これにより、電圧検出部の検出誤差のうち最小誤差とすることにより、導通時間Ｔｄを長くすることができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００２９】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記電流補正部は、前記電流検出部で検出した電流を前記電流検出誤差の最大誤差を含む電流値に補正する。
【００３０】
電流補正部は、電流検出部で検出した電流を電流検出誤差の最大誤差を含む電流値に補正する。これにより、電流検出部の検出誤差のうち最大誤差とすることにより、導通時間Ｔｄを長くすることができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記共振インダクタに流れる共振電流の周期を算出する周期算出部を備え、前記導通時間算出部で算出した導通時間は、前記周期算出部で算出した周期より短い。
【００３２】
周期算出部は、共振インダクタに流れる共振電流の周期を算出する。導通時間算出部で算出した導通時間は、周期算出部で算出した周期より短い。例えば、共振電流を正弦波状とし、スイッチングデバイスがオンするタイミングを共振電流の起点ｔ０（共振電流がゼロ）とし、共振電流がゼロから正になり、次にゼロになる時点をｔ１とし、時点ｔ１から負になり、再度ゼロになる時点をｔ２とする。共振電流の周期は、（ｔ２−ｔ０）となる。この場合、導通時間は、（ｔ１−ｔ０）となる。すなわち、算出した導通時間は、周期算出部で算出した周期より短いので、ｔ１からｔ２までの間は、共振電流が負となる。共振電流が負の場合、共振電流は、例えば、スイッチングデバイスに並列接続されたダイオードに流すことができ、スイッチング損失の要因となる電流がスイッチングデバイスに流れないようにすることができる。
【００３３】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記周期算出部は、Ｔｆ＝２π×√（Ｌｍｉｎ×Ｃｍｉｎ）という式で前記周期Ｔｆを算出し、ここで、Ｌｍｉｎ：前記共振インダクタンスの最小誤差を含むインダクタンス値、Ｃｍｉｎ：前記共振キャパシタンスの最小誤差を含むインダクタンス値である。
【００３４】
周期算出部は、Ｔｆ＝２π×√（Ｌｍｉｎ×Ｃｍｉｎ）という式で周期Ｔｆを算出する。ここで、Ｌｍｉｎは共振インダクタンスの最小誤差を含むインダクタンス値であり、Ｃｍｉｎは共振キャパシタンスの最小誤差を含むインダクタンス値である。
【００３５】
仮に、誤差を全く考慮しない周期をＴｎとすると、周期Ｔｎが経過した時点で共振電流がゼロになると見込んでいたものの、誤差の影響により共振電流がゼロではなく、正の値となる場合がある。この場合、周期Ｔｎの経過時点でスイッチングデバイスをオフにすると、スイッチングデバイスに流れる電流と発生する電圧とによりスイッチング損失を生じる。そこで、誤差を考慮して、周期Ｔｎよりも誤差の分だけ短い周期Ｔｆ（＜Ｔｎ）を用いることにより、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。なお、考慮する誤差は、インダクタンス値Ｌｍｉｎ及びキャパシタンス値Ｃｍｉｎのいずれか１つでもよい。
【００３６】
本発明の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記制御部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点と前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記周期算出部で算出した周期が経過した時点との間で前記スイッチングデバイスをオフする。
【００３７】
制御部は、スイッチングデバイスをオンした時点から導通時間算出部で算出した導通時間が経過した時点とスイッチングデバイスをオンした時点から周期算出部で算出した周期が経過した時点との間でスイッチングデバイスをオフする。これにより、共振電流がゼロ又は負となる期間でスイッチングデバイスをオフすることができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００３８】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の構成の一例を示す説明図である。本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置は、入力端子Ｇ１及びＧ２、出力端子Ｇ３及びＧ４を備え、入力端子Ｇ１及びＧ２に印加される入力電圧を降圧変換して出力端子Ｇ３及びＧ４から出力する。入力端子Ｇ２は出力端子Ｇ４に接続されている。
【００３９】
入力端子Ｇ１には、入力側から出力側に流れる電流をオン／オフするスイッチングデバイス１０のドレインを接続してある。スイッチングデバイス１０のソースには、共振インダクタ１１の一端を接続してある。すなわち、スイッチングデバイス１０と共振インダクタ１１とは、直列に接続されている。以下では、スイッチングデバイス１０をＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）として説明するが、スイッチングデバイス１０はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのデバイスであってもよい。ＩＧＢＴを使用する場合、ダイオードをスイッチングデバイス１０のコレクタ・エミッタ間に逆並列に接続する。
【００４０】
共振インダクタ１１の他端と入力端子Ｇ２との間には、共振インダクタ１１とともに共振回路を構成する共振キャパシタ１２を接続してある。また、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２の接続点と出力端子Ｇ３との間には、インダクタ１４を接続してある。出力端子Ｇ３及びＧ４の間にはキャパシタ１５を接続してある。また、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２の接続点には、ダイオード１３のカソードを接続してあり、ダイオード１３のアノードは、出力端子Ｇ４に接続してある。
【００４１】
入力端子Ｇ１及びＧ２間には、入力電圧を検出する電圧検出部１６を接続してある。電圧検出部１６は、例えば、入力端子Ｇ１及びＧ２間に接続された複数の抵抗からなる直列回路とすることができる。この場合、後述の電圧検出誤差は、当該複数の抵抗の抵抗値のばらつきや、Ａ／Ｄ変換時の量子化誤差に起因する。電圧検出部１６は、検出した電圧を制御ユニット３０へ出力する。
【００４２】
また、出力端子Ｇ３には、出力電流を検出する電流検出部１７を接続してある。電流検出部１７は、例えば、シャント抵抗で構成することができる。この場合、後述の電流検出誤差は、シャント抵抗の抵抗値のばらつきや、Ａ／Ｄ変換時の量子化誤差に起因する。電流検出部１７は、検出した電流を制御ユニット３０へ出力する。
【００４３】
制御ユニット３０は、電流補正部３１、電圧補正部３２、記憶部３３、導通時間算出部３４、周期算出部３５、及び制御部３６などを備える。
【００４４】
制御部３６は、スイッチングデバイス１０のオン／オフを制御する。すなわち、スイッチングデバイス１０がオンすると、入力端子Ｇ１及びＧ２間の入力電圧によりスイッチングデバイス１０に電流が流れ、インダクタ１１、１４を介して出力端子Ｇ３から出力電流が出力される。インダクタ１４には、電流が流れている間にエネルギーが蓄積される。そして、スイッチングデバイス１０がオフとなると、インダクタ１４に蓄えられたエネルギーにより、ダイオード１３を介して、インダクタ１４、出力端子Ｇ３、出力端子Ｇ４と電流が流れる。スイッチングデバイス１０のオン／オフを繰り返すことにより、出力端子Ｇ３及びＧ４間から入力電圧を降圧した出力電圧が出力される。
【００４５】
電流補正部３１は、電流検出部１７で検出した電流を電流検出部１７の電流検出誤差に応じて補正する。すなわち、電流補正部３１は、電流検出部１７で検出した電流を電流検出部１７の電流検出誤差を含む電流値に補正する。例えば、検出した電流をＩとし、電流検出誤差を±Δｉとすると、電流補正部３１は、電流値ＩをＩｅ｛＝（Ｉ＋Δｉ）｝に補正することができる。
【００４６】
電圧補正部３２は、電圧検出部１６で検出した電圧を電圧検出部１６の電圧検出誤差に応じて補正する。すなわち、電圧補正部３２は、電圧検出部１６で検出した電圧を電圧検出部１６の電圧検出誤差を含む電圧値に補正する。例えば、検出した電圧をＶとし、電圧検出誤差を±Δｖとすると、電圧補正部３２は、電圧値ＶをＶｅ｛＝（Ｖ−Δｖ）｝に補正することができる。
【００４７】
導通時間算出部３４は、電流補正部３１で補正した電流及び電圧補正部３２で補正した電圧の少なくとも１つ、並びに共振インダクタ１１のインダクタンス及び共振キャパシタ１２のキャパシタンスに基づいて、スイッチングデバイス１０に共振電流が流れる導通時間を算出する。スイッチングデバイス１０と共振インダクタ１１とが直列に接続されているので、スイッチングデバイス１０に流れる電流は共振インダクタ１１にも流れる。すなわち、共振インダクタ１１に流れる共振電流がゼロになった時点から次にゼロになる時点までの時間を求めることにより、導通時間を算出することができる。
【００４８】
記憶部３３は、電流検出部１７の電流検出誤差に関する情報（例えば、電流検出誤差を±何％とするかの数値など）を記憶する。また、記憶部３３は、電圧検出部１６の電圧検出誤差に関する情報（例えば、電圧検出誤差を±何％とするかの数値など）を記憶する。また、記憶部３３は、共振インダクタ１１のインダクタンスの定格値、インダクタンスの最大誤差及び最小誤差などを記憶する。また、記憶部３３は、共振キャパシタ１２のキャパシタンスの定格値、キャパシタンスの最大誤差及び最小誤差などを記憶する。
【００４９】
制御部３６は、スイッチングデバイス１０をオンした時点から導通時間算出部３４で算出した導通時間が経過した時点以降の時点でスイッチングデバイス１０をオフする。
【００５０】
スイッチングデバイス１０をオンした時点は、共振電流が流れ始める時点である。導通時間が経過した時点でスイッチングデバイス１０に流れる電流はゼロになり、当該時点以降では、共振電流が負になるので、当該時点以降の時点でスイッチングデバイス１０をオフすることにより、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を実現することができる。また、電流検出誤差及び電圧検出誤差の少なくとも１つを考慮して検出した値を補正するので、電流検出誤差又は電圧検出誤差が存在する場合でも、電流検出誤差又は電圧検出誤差を考慮して導通時間を算出することができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００５１】
次に、導通時間の算出方法について詳細に説明する。まず、電流及び電流の検出誤差並びに部品のばらつきに起因する誤差を考慮しない場合の導通時間の算出方法について説明する。
【００５２】
図２は共振インダクタ１１に流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。共振インダクタ１１に流れる共振電流をｉとすると、共振電流ｉは、式（１）で表すことができる。
【００５３】
【数１】
2017225228.tif 000003
【００５４】
ここで、Ｉは出力端子Ｇ３を流れる出力電流を示し、Ｉｒは共振電流ｉの交流成分の振幅であり、ｗは共振インダクタ１１及び共振キャパシタからなる共振回路の共振角周波数である。共振角周波数ｗは式（２）で表すことができる。ここで、Ｌは共振インダクタ１１のインダクタンスの定格値であり、Ｃは共振キャパシタ１２のキャパシタンスの定格値である。
【００５５】
図２において、Ｔ０は、共振電流ｉ≧０の時間であり、Ｔ１はｉ＝０からｉ＝Ｉになるまでの時間であり、Ｔｎは共振電流ｉの周期である。図２から分かるように、式（３）の関係が成立する。式（３）から、Ｔ１は式（４）で表すことができる。
【００５６】
また、共振電流ｉの交流成分の振幅Ｉｒは、式（５）で表すことができる。ここで、Ｚｎは、特性インピーダンスであり、式（６）で表すことができる。式（５）を式（４）に代入すると、式（４）は式（７）で表すことができる。
【００５７】
また、図２から式（８）が成立する。ここで、Ｉ＝０のときは、Ｔ１＝０となるので、Ｔ０＝Ｔｎ／２となる。また、Ｉ＝Ｉｒのときは、Ｔ０＝Ｔｎとなる。式（８）から、Ｉ＝０の場合、Ｔ１＝０であり、Ｉ＝Ｉｒの場合、Ｔ１＝Ｔｎ／４となる。すなわち、Ｉが０からＩｒに変化すると、Ｔ１は０からＴｎ／４に変化する。このＴ１の変化をＩの一次関数で近似すると、式（７）により、式（９）が得られる。
【００５８】
式（９）を式（８）に代入すると式（１０）が得られる。共振電流ｉの周期Ｔｎは、式（１１）で表すことができる。式（１１）を式（１０）に代入すると、通電時間Ｔ０は、式（１２）で算出することができる。
【００５９】
次に、電流及び電流の検出誤差並びに部品のばらつきに起因する誤差を考慮する場合の導通時間の算出方法について説明する。
【００６０】
電流補正部３１は、電流検出部１７で検出した電流を電流検出誤差の最大誤差を含む電流値Ｉｍａｘに補正することができる。すなわち、電流値Ｉｍａｘは、誤差を考慮して補正した電流値Ｉｅのうち最大の値である。
【００６１】
電圧補正部３２は、電圧検出部１６で検出した電圧を電圧検出誤差の最小誤差を含む電圧値Ｖｍｉｎに補正することができる。すなわち、電圧値Ｖｍｉｎは、誤差を考慮して補正した電圧値Ｖｅのうち最小の値である。
【００６２】
導通時間算出部３４は、通電時間Ｔｄの最大値Ｔｄｍａｘを、式（１３）により算出する。ここで、Ｉｍａｘは、電流検出部１７の電流検出誤差を考慮して補正した電流値Ｉｅのうち最大の値である。また、Ｖｍｉｎは、電圧検出部１６の電圧検出誤差を考慮して補正した電圧値Ｖｅのうち最小の値である。また、Ｌｍａｘは、共振インダクタ１１のインダクタンスの誤差が最大誤差となる場合のインダクタンス値である。また、Ｃｍａｘは、共振キャパシタ１２のキャパシタンスの誤差が最大誤差となる場合のキャパシタンス値である。
【００６３】
【数２】
2017225228.tif 000004
【００６４】
周期算出部３５は、周期Ｔｆの最小値Ｔｆｍｉｎを、式（１４）により算出する。ここで、Ｌｍｉｎは、共振インダクタ１１のインダクタンスの誤差が最小誤差となる場合のインダクタンス値（共振インダクタンスの最小誤差を含むインダクタンス値）である。また、Ｃｍｉｎは、共振キャパシタ１２のキャパシタンスの誤差が最小誤差となる場合のキャパシタンス値（共振キャパシタンスの最小誤差を含むキャパシタンス値）である。
【００６５】
図３は本実施の形態の誤差を考慮した場合の共振インダクタ１１に流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。また、上段の波形は誤差がない場合の共振電流であり、中段の波形は誤差がある場合（便宜上、ケースＡと称する）の場合の共振電流であり、下段の波形は誤差がある場合（便宜上、ケースＢと称する）の場合の共振電流である。
【００６６】
図３の上段の波形は、図２に示した波形と同様であり、誤差がない場合の通電時間Ｔ０、及び誤差がない場合の共振電流ｉの周期Ｔｎが例示されている。通電時間Ｔｄ（＝Ｔ０）は、共振電流ｉ≧０となる時間である。
【００６７】
図３の中段の波形は、誤差の影響により、通電時間Ｔｄが最大値（最長）Ｔｄｍａｘとなる場合の共振電流を示す。仮に、上段の図に示したように、誤差がない場合の導通時間をＴ０とすると、導通時間Ｔ０が経過した時点で共振電流ｉがゼロになると見込んでいたものの、誤差の影響により共振電流ｉがゼロではなく、正の値となる場合がある。この場合、導通時間Ｔ０の経過時点でスイッチングデバイスをオフにすると、スイッチングデバイスに流れる電流及びスイッチングデバイスに生じる電圧によりスイッチング損失を生じる。
【００６８】
そこで、中段の図に示すように、誤差を考慮して、導通時間がＴ０よりも誤差の分だけ長い導通時間（図３の例では、通電時間の最大値Ｔｄｍａｘ：Ｔｄｍａｘ＞Ｔ０）が経過したタイミングでスイッチングデバイス１０をオフすることで、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００６９】
上述のように、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２の部品のばらつきを考慮した誤差のうち最大誤差を考慮した場合、導通時間Ｔｄが最長（最大値）Ｔｄｍａｘとなるため、導通時間Ｔｄｍａｘ経過後にスイッチングデバイス１０をオフすることで、誤差を考慮しても確実にゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００７０】
また、電流検出部１７の検出誤差のうち最大誤差とすることにより、導通時間Ｔｄが最長（最大値）Ｔｄｍａｘとなるため、導通時間Ｔｄｍａｘ経過後にスイッチングデバイス１０をオフすることで、誤差を考慮しても確実にゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００７１】
また、電圧検出部１６の検出誤差のうち最小誤差とすることにより、導通時間Ｔｄが最長（最大値）Ｔｄｍａｘとなるため、導通時間Ｔｄｍａｘ経過後にスイッチングデバイス１０をオフすることで、誤差を考慮しても確実にゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００７２】
上述の誤差を考慮する場合、例えば、電流検出誤差だけを考慮してもよく、電流検出誤差及び電圧検出誤差の両方を考慮してもよい。また、さらに、共振インダクタ及び共振キャパシタの部品のばらつきによるインダクタンスの誤差及びキャパシタンスの誤差のいずれか一方、あるいは両方を考慮することもできる。
【００７３】
図３の下段の波形は、誤差の影響により、共振電流の周期Ｔｆが最小値（最短）Ｔｆｍｉｎとなる場合の共振電流を示す。仮に、上段の図に示したように、誤差がない場合の共振電流の周期をＴｎとすると、スイッチングデバイスがオンした時点から導通時間Ｔ０が経過した時点と、スイッチングデバイスがオンした時点から周期Ｔｎが経過した時点との間においては、共振電流ｉが負になると見込んでいたものの、誤差の影響により共振電流ｉが負ではなく、正の値となる場合がある。この場合、スイッチングデバイスがオンした時間から周期Ｔｎが経過した時点でスイッチングデバイスをオフにすると、スイッチングデバイスに流れる電流及びスイッチングデバイスに生じる電圧によりスイッチング損失を生じる。
【００７４】
図３の中段及び下段の波形で示すように、導通時間算出部３４で算出した導通時間は、周期算出部３５で算出した周期より短い。具体的には、導通時間Ｔｄｍａｘが周期Ｔｆｍｉｎよりも短くなるように、共振インダクタ１１のインダクタンス及び共振キャパシタ１２のキャパシタンスを設定すればよい。
【００７５】
例えば、図３に示すように、誤差がある場合に、共振電流ｉがゼロ又は負となる時間（ＴｄｍａｘとＴｆｍｉｎとの間の時間）においては、共振電流ｉは、スイッチングデバイス１０のダイオードに流れるので、スイッチング損失の要因となる電流がスイッチングデバイス１０に流れないようにすることができ、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）の成立範囲となる。
【００７６】
また、図３に示すように、誤差を考慮して、周期Ｔｎよりも誤差の分だけ短い周期（図３の例では、周期Ｔｆの最小値Ｔｆｍｉｎ：Ｔｆｍｉｎ＜Ｔｎ）を用いることにより、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。なお、考慮する誤差は、インダクタンス値Ｌｍｉｎ及びキャパシタンス値Ｃｍｉｎのいずれか１つでもよい。
【００７７】
なお、上述の例では、導通時間Ｔｄｍａｘを算出する場合に、考慮する誤差として、共振インダクタンス値Ｌｍａｘ、共振キャパシタンス値Ｃｍａｘ、補正した電流値Ｉｍａｘ、及び補正した電圧値Ｖｍｉｎの全てを挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、共振インダクタンス値Ｌｍａｘ、共振キャパシタンス値Ｃｍａｘ、補正した電流値Ｉｍａｘ、及び補正した電圧値Ｖｍｉｎのいずれか１つ、あるいは２つ以上の組み合わせでもよい。
【００７８】
例えば、導通時間Ｔｄｍａｘを、式（１５）により算出してもよい。ここで、Ｌは共振インダクタ１１のインダクタンスの定格値であり、Ｃは共振キャパシタ１２のキャパシタンスの定格値である。すなわち、式（１５）では、補正した電流値Ｉｍａｘ、及び補正した電圧値Ｖｍｉｎだけを考慮しており、共振インダクタ１１及び共振キャパシタ１２に係る部品のばらつきは考慮していない。
【００７９】
また、考慮する誤差は最大誤差又は最小誤差に限定されない。例えば、導通時間算出部３４は、Ｔｄ＝π×｛√（Ｌｅ×Ｃｅ）＋Ｌｅ×Ｉｅ／Ｖｅ｝という式で導通時間Ｔｄを算出することもできる。ここで、Ｌｅは共振インダクタ１１の所定の誤差を含むインダクタンス値であり、例えば、定格値Ｌと最大誤差値Ｌｍａｘとの間の所要の値とすることができる。また、Ｃｅは、共振キャパシタ１２の所定の誤差を含むキャパシタンス値であり、例えば、定格値Ｃと最大誤差値Ｃｍａｘとの間の所要の値とすることができる。また、Ｉｅは電流補正部３１で補正した電流値、Ｖｅは電圧補正部３２で補正した電圧値である。
【００８０】
上述のように、誤差を考慮して、導通時間がＴ０よりも誤差の分だけ長い導通時間Ｔｄ（＞Ｔ０）を用いることにより、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。なお、導通時間Ｔｄを算出する場合に、考慮する誤差は、共振インダクタンス値Ｌｅ、共振キャパシタンス値Ｃｅ、補正した電流値Ｉｅ、及び補正した電圧値Ｖｅの全てでもよく、いずれか１つ又は２つ以上の組み合わせでもよい。
【００８１】
図４は本実施の形態のスイッチングデバイス１０のオフタイミングの一例を示す説明図である。図４において、上側のチャートは図３と同じであり、下側のチャートはスイッチングデバイス１０のオン／オフタイミングを示す。図４に示すように、制御部３６は、スイッチングデバイス１０をオンした時点から導通時間算出部３４で算出した導通時間（図４の例では、Ｔｄｍａｘ）が経過した時点とスイッチングデバイス１０をオンした時点から周期算出部３５で算出した周期（図４の例では、Ｔｆｍｉｎ）が経過した時点との間でスイッチングデバイス１０をオフする。
【００８２】
これにより、共振電流がゼロ又は負となる期間でスイッチングデバイス１０をオフすることができ、ゼロ電流スイッチングを行うことができる。
【００８３】
次に、本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法について説明する。図５は本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下では、便宜上、処理の主体を制御ユニット３０として説明する。制御ユニット３０は、制御タイミングであるか否かを判定する（Ｓ１１）。制御タイミングは、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換装置の動作状態において、１ｍｓの都度、あるいは１０ｍｓの都度とすることができるが、これらに限定されない。
【００８４】
制御タイミングでない場合（Ｓ１１でＮＯ）、制御ユニット３０は、ステップＳ１１の処理を続ける。制御タイミングである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、出力電流を検出し（Ｓ１２）、入力電圧を検出する（Ｓ１３）。制御ユニット３０は、電流検出誤差に応じて、検出した電流を補正し（Ｓ１４）、電圧検出誤差に応じて、検出した電圧を補正する（Ｓ１５）。
【００８５】
制御ユニット３０は、スイッチングデバイス１０に共振電流が流れる導通時間を算出し（Ｓ１６）、スイッチングデバイス１０がオンしたか否かを判定する（Ｓ１７）。スイッチングデバイス１０がオンしていない場合（Ｓ１７でＮＯ）、制御ユニット３０は、ステップＳ１７の処理を続ける。
【００８６】
スイッチングデバイス１０がオンした場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、導通時間が経過したか否かを判定し（Ｓ１８）、導通時間が経過していない場合（Ｓ１８でＮＯ）、ステップＳ１８の処理を続ける。導通時間が経過した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、スイッチングデバイス１０をオフする（Ｓ１９）。
【００８７】
制御ユニット３０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の動作を停止するか否かを判定し（Ｓ２０）、動作を停止しない場合（Ｓ２０でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続ける。動作を停止する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、処理を終了する。
【００８８】
本実施の形態のＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法は、制御ユニット３０を、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などで構成し、図５に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、コンピュータ上でＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法を実現することができる。
【００８９】
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。
【符号の説明】
【００９０】
１０  スイッチングデバイス
１１  共振インダクタ
１２  共振キャパシタ
１３  ダイオード
１４  インダクタ
１５  キャパシタ
１６  電圧検出部
１７  電流検出部
３０  制御ユニット
３１  電流補正部
３２  電圧補正部
３３  記憶部
３４  導通時間算出部
３５  周期算出部
３６  制御部
【図１】
2017225228.tif 000005
【図２】
2017225228.tif 000006
【図３】
2017225228.tif 000007
【図４】
2017225228.tif 000008
【図５】
2017225228.tif 000009