(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子との間で直流電力を変換する、少なくとも一つのスイッチング素子を有するコンバータと、
前記コンバータの温度を検出する温度検出回路と、
前記入力端子の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記出力端子の電圧である出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
目標出力電圧を設定し、前記出力電圧が目標出力電圧に近づくように、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記コンバータの温度が、第１の判定値を超えた場合に、前記目標出力電圧を、第１の上限値により上限制限し、
前記入力電圧が小さくなるに従って、前記第１の上限値を小さくする電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記目標出力電圧を、前記入力電圧に予め設定された正のオフセット値を加えた下限値により下限制限する請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記入力電圧に対して第１の時間遅れ処理を行った値に基づいて、前記第１の上限値を設定し、
前記コンバータの温度変化の時間遅れが、前記第１の時間遅れ処理の時間遅れよりも大きくなるように、前記コンバータの構成部品の熱時定数が設定されている請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記出力端子に接続される外部の電気負荷の動作状態に基づいて、上限制限前の前記目標出力電圧を設定し、前記外部の電気負荷の動作状態又は前記上限制限前の目標出力電圧に対して、第２の時間遅れ処理を行い、
前記第２の時間遅れ処理の時間遅れよりも前記第１の時間遅れ処理の時間遅れが大きい請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記外部の電気負荷は、回転電機であり、
前記制御回路は、前記外部の電機負荷の動作状態として、前記回転電機の回転速度及びトルクを用いる請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記コンバータは、少なくとも一つのリアクトルを有し、
前記温度検出回路は、前記コンバータの温度として、前記スイッチング素子の温度と前記リアクトルの温度とを検出し、
前記リアクトルの温度が、前記第１の判定値を超えておらず、前記スイッチング素子の温度が、第２の判定値を超えた場合に、前記目標出力電圧を、前記第１の上限値よりも大きく前記入力電圧に応じて変化しない第２の上限値により上限制限し、
前記リアクトルの温度が、前記第１の判定値を超えた場合に、前記目標出力電圧を、第１の上限値により上限制限し、
前記リアクトルの熱時定数は、前記スイッチング素子の熱時定数よりも大きい請求項１から５のいずれか一項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力端子と出力端子との間で直流電力を変換するコンバータを備えた電源装置において、コンバータの構成部品の過熱保護のために、コンバータの温度に応じて、コンバータから出力される出力電圧の上限値を制限するものがある（例えば、特許文献１の第２の実施形態）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７３２８２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンバータに入力される入力電圧に応じて、同じ出力電圧でも、コンバータの損失が異なる。そのため、出力電圧の上限値を制限しても、入力電圧によっては、コンバータの損失を十分に低減できず、コンバータの温度を十分に低減できない場合がある。そのため、コンバータの損失の低減、コンバータの冷却性能の向上、コンバータの耐熱性能の向上のために、コンバータの重量が増加し、大型化する。
【０００５】
そこで、本願は、コンバータの過熱保護のために、コンバータの入力電圧が変化しても、出力電圧を適切に上限制限することができる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】
【０００６】
本願に係る電源装置は、
入力端子と出力端子との間で直流電力を変換する、少なくとも一つのスイッチング素子を有するコンバータと、
前記コンバータの温度を検出する温度検出回路と、
前記入力端子の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記出力端子の電圧である出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
目標出力電圧を設定し、前記出力電圧が目標出力電圧に近づくように、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記コンバータの温度が、第１の判定値を超えた場合に、前記目標出力電圧を、第１の上限値により上限制限し、
前記入力電圧が小さくなるに従って、前記第１の上限値を小さくするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願の電源装置によれば、コンバータの温度が、第１の判定値を上回り、過熱保護を行う必要がある場合は、目標出力電圧を、第１の上限値により上限制限し、出力電圧を低下させることができる。入力電圧が小さくなるに従って、同じコンバータ損失になる出力電圧が低下する。入力電圧が小さくなるに従って、第１の上限値が小さくされるので、入力電圧に関わらず、適切にコンバータ損失を低下させることができる。よって、コンバータの発熱量を低減し、コンバータの温度上昇を抑制し、過熱保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電源装置及び回転電機の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る制御回路のブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る制御回路のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係るＰＷＭ制御及び電流挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図５】実施の形態１に係るリアクトル損失を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係るスイッチング素子損失を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係るモータ要求下限電圧を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る第１の上限値の設定を説明する図である。
【図９】実施の形態１に係る制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１０】実施の形態１に係る下限値の設定を説明する図である。
【図１１】実施の形態２に係る電源装置及び回転電機の構成図である。
【図１２】実施の形態２に係る昇圧比が２以上の場合のＰＷＭ制御及び電流挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】実施の形態２に係る昇圧比が２以下の場合のＰＷＭ制御及び電流挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】実施の形態２に係るリアクトル損失を説明する図である。
【図１５】実施の形態２に係るスイッチング素子損失を説明する図である。
【図１６】実施の形態３に係る第１の時間遅れ処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】実施の形態４に係る第１の上限値及び第２の上限値の設定を説明する図である。
【図１８】実施の形態４に係る温度上昇が短期間の場合の制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１９】実施の形態４に係る温度上昇が長期間の場合の制御挙動を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る電源装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電源装置の構成図である。
【００１０】
１−１．コンバータ２０
コンバータ２０は、入力端子１と出力端子２との間で直流電力を変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ２０は、少なくとも一つのスイッチング素子を備えている。また、コンバータ２０は、少なくとも一つのリアクトルを備えている。
【００１１】
本実施の形態では、コンバータ２０は、入力端子１から出力端子２に直流電圧を昇圧して供給する昇圧チョッパ回路と、出力端子２から入力端子１に直流電圧を降圧して供給する降圧チョッパ回路と、から構成される双方向のチョッパ回路とされている。
【００１２】
コンバータ２０は、出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間に直列接続された正極側のスイッチング素子Ｓａと負極側のスイッチング素子Ｓｂとを有している。正極側のスイッチング素子Ｓａと負極側のスイッチング素子Ｓｂとの間の接続点と、入力端子１の正極側端子１ａとの間に、リアクトルＬが直列接続されている。入力端子１の負極側端子１ｂと出力端子２の負極側端子２ｂとが接続されている。
【００１３】
各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）、逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御回路５０に接続されている。各スイッチング素子は、制御回路５０から出力される制御信号によりオン又はオフされる。
【００１４】
入力端子１の正極側端子１ａと負極側端子１ｂとの間には、入力側の平滑コンデンサＣ１が接続されている。出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間には、出力側の平滑コンデンサＣ２が接続されている。
【００１５】
入力端子１の正極側端子１ａと負極側端子１ｂとの間には、入力端子１の電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出回路３が設けられている。入力電圧検出回路３の出力信号は、制御回路５０に入力される。出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間には、出力端子２の電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出回路４が設けられている。出力電圧検出回路４の出力信号は、制御回路５０に入力される。
【００１６】
コンバータ２０の温度を検出する温度検出回路５が設けられている。温度検出回路５は、サーミスタ等が用いられる。温度検出回路５は、リアクトル及びスイッチング素子の一方又は双方の温度を検出するように設けられている。例えば、温度検出回路５は、温度が高くなり易い、許容上限温度が低い等、温度条件が最も厳しいリアクトル又はスイッチング素子に設けられる。なお、温度検出回路５は、複数設けられてもよい。
【００１７】
入力端子１は、外部の直流電源３０に接続されている。出力端子２は、外部の電気負荷３１に接続されている。
【００１８】
１−２．回転電機４０
本実施の形態では、外部の電気負荷３１は、回転電機４０とされている。回転電機４０は、直流電力を交流電力に変化して複数相（本例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）の巻線に供給するインバータ４１と、複数相の巻線が設けられたステータ及びロータを有する回転電機本体４２と、を備えている。インバータ４１には、正極側のスイッチング素子Ｓｍａと負極側のスイッチング素子Ｓｍｂとの直列回路が、３相各相に対応して３セット設けられている。各スイッチング素子は、制御回路５０によりオンオフされる。各相の直列回路の２つのスイッチング素子Ｓｍａ、Ｓｍｂの間の接続点が、対応する相の巻線に接続されている。各相の巻線の接続線上に、各相の巻線を流れる電流を検出する巻線電流検出回路４３が設けられている。また、回転電機本体４２には、ロータの回転角度を検出する回転検出回路４４が設けられている。巻線電流検出回路４３及び回転検出回路４４の出力信号は、制御回路５０に入力される。
【００１９】
１−３．制御回路５０
制御回路５０は、コンバータ２０を制御する。本実施の形態では、制御回路５０は、コンバータ２０に加えて、回転電機も制御する。なお、回転電機は、別の制御回路により制御されてもよい。この場合は、別の制御回路から制御回路５０に回転電機の動作状態の情報が入力される。
【００２０】
図２に示すように、制御回路５０は、後述する電圧検出部５１、温度検出部５２、及び出力電圧制御部５３、及び回転電機制御部５４等を備えている。制御回路５０の各機能は、制御回路５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御回路５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２１】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、入力電圧検出回路３、出力電圧検出回路４、温度検出回路５、巻線電流検出回路４３、及び回転検出回路４４等の各種のセンサが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、コンバータ２０及び回転電機４０のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２２】
そして、制御回路５０が備える図２の各制御部５１〜５４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御回路５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１〜５４等が用いる判定値、上限値、解除値、目標出力電圧の基本値、モータ要求下限電圧等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御回路５０の各機能について詳細に説明する。
【００２３】
１−３−１．回転電機制御部５４
回転電機制御部５４は、巻線電流検出回路４３及び回転検出回路４４の出力信号に基づいて、ロータの回転角度θ、回転速度ω、及び各相の巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。そして、回転電機制御部５４は、公知の電流ベクトル制御法を用い、回転角度θ、回転速度ω、及び各相の巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、回転電機が目標トルクを出力するように、各相の巻線に印加する電圧指令値を算出し、各相の電圧指令値及び出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、ＰＷＭ制御により、各相の２つのスイッチング素子Ｓｍａ、Ｓｍｂをオンオフする。
【００２４】
１−３−２．電圧検出部５１
電圧検出部５１は、出力電圧検出回路４の出力信号に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。また、電圧検出部５１は、入力電圧検出回路３の出力信号に基づいて、入力電圧Ｖｉｎを検出する。
【００２５】
１−３−３．温度検出部５２
温度検出部５２は、温度検出回路５の出力信号に基づいて、コンバータ温度ＴＣを検出する。コンバータ温度ＴＣとして、リアクトルＬ及びスイッチング素子の一方又は双方の温度が検出される。複数のスイッチング素子温度が検出される場合は、最も温度が高いスイッチング素子温度が、コンバータ温度ＴＣとして選択されてもよい。
【００２６】
１−３−４．出力電圧制御部５３
本実施の形態では、出力電圧制御部５３は、目標電圧設定部５３１、及び電圧フィードバック制御部５３２を備えている。
【００２７】
１−３−４−１．電圧フィードバック制御部５３２
電圧フィードバック制御部５３２は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに近づくように、コンバータ２０のスイッチング素子をオンオフ制御する。目標出力電圧Ｖｏｕｔｏは、後述する目標電圧設定部５３１により設定される。例えば、電圧フィードバック制御部５３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに近づける電圧制御量Ｄｖを算出する。例えば、電圧フィードバック制御部５３２は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏと出力電圧Ｖｏｕｔとの偏差に対してＰＩＤ制御を行って、電圧制御量Ｄｖを算出する。ＰＩＤ制御の他に、ＰＩ制御等の各種のフィーバック制御が用いられてもよい。
【００２８】
電圧制御量Ｄｖは、ＰＷＭ制御のデューティ比とされている。電圧フィードバック制御部５３２は、電圧制御量Ｄｖを、０から１の範囲内に制限する（０≦Ｄｖ≦１）。
【００２９】
図４のタイムチャートに示すように、電圧フィードバック制御部５３２は、電圧制御量Ｄｖ（デューティ比）に基づいて、ＰＷＭ制御により、コンバータ２０の正極側及び負極側のスイッチング素子をオンオフするパルス信号を生成する。本実施の形態では、電圧フィードバック制御部５３２は、コンバータ２０の電圧制御量Ｄｖ（デューティ比）でオンする正極側のスイッチング素子Ｓａのパルス信号Ｐｓａを生成し、正極側のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓａを反転させて負極側のスイッチング素子Ｓｂのパルス信号Ｐｓｂを生成する。各パルス信号は、対応するスイッチング素子のゲート端子に入力される。図示は省略するが、正極側のスイッチング素子Ｓａのオン期間と負極側のスイッチング素子Ｓｂのオン期間との間には、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方をオフにするデッドタイム（短絡防止期間）が設けられる。
【００３０】
リアクトルＬに印加される印加電圧ＶＬは、正極側のスイッチング素子Ｓａのオン期間は、入力電圧Ｖｉｎになり、リアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬは、Ｖｉｎ／インダクタンスの傾きで増加する。一方、リアクトルの印加電圧ＶＬは、負極側のスイッチング素子Ｓａのオン期間は、入力電圧Ｖｉｎから出力電圧Ｖｏｕｔを減算した電圧になり、リアクトル電流ＩＬは、（Ｖｉｎ―Ｖｏｕｔ）／インダクタンスの傾きで減少する。電圧制御量Ｄｖが増加するに従って、出力電圧Ｖｏｕｔが増加する。
【００３１】
１−３−４−２．目標電圧設定部５３１
＜入力電圧及び出力電圧に応じたコンバータの損失＞
まず、リアクトル損失、及びスイッチング素子（ダイオードを含む）の損失が最も大きいスイッチング素子の損失を説明する。
【００３２】
図５に、横軸を入力電圧Ｖｉｎとし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとし、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの各動作点におけるリアクトル損失の特性を等高線で示している。図６に、横軸を入力電圧Ｖｉｎとし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとし、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの各動作点におけるスイッチング素子損失の特性を等高線で示している。
【００３３】
目標出力電圧Ｖｏｕｔｏは、入力電圧Ｖｉｎ以上に設定されるので、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎ以下になる領域は、コンバータの動作範囲外になり、リアクトル損失及びスイッチング素子損失を示していない。
【００３４】
同じリアクトル損失になる出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるほど、小さくなる。また、同じスイッチング素子損失になる出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるほど、小さくなる。よって、リアクトルの発熱量及びスイッチング素子の発熱量を低減するために、各損失を低減する必要があり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる必要がある。しかし、同程度に各損失を低減させるためには、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるほど、低下後の出力電圧Ｖｏｕｔを小さくする必要がある。入力電圧Ｖｉｎの変化に関わらず、昇圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）を低くする必要がある。
【００３５】
＜回転電機から要求されるモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ＞
図７に、横軸を回転電機の回転速度ωとし、縦軸を回転電機のトルクＴとし、回転速度ω及びトルクＴの各動作点において、所望のトルクを出力させるために、最低限必要な出力電圧Ｖｍｇｍｉｎ（以下、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎと称す）の特性を等高線で示している。回転電機のトルクＴ及び回転速度ωに応じて、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎが変化する。具体的には、トルクＴが大きいほど、回転速度ωが大きいほど、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎが大きくなる。これは、回転速度ωが大きいほど、巻線に生じる誘起電圧が大きくなり、所望のトルクを出力させるためにモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎが大きくなり、出力トルクＴが大きいほど、巻線の印加電圧が大きくなり、所望のトルクを出力させるためにモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎが大きくなるためである。このモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎは、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの下限値になる。
【００３６】
よって、設定可能であれば、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏは、回転電機の回転速度ω及びトルクＴに応じて定まるモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ以上に設定されることが望ましい。
【００３７】
＜コンバータ温度ＴＣに応じた、目標出力電圧の上限制限＞
コンバータ２０の昇圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が大きくなれば、図５及び図６に示すように、リアクトル損失及びスイッチング素子損失が大きくなるため、リアクトルＬ及びスイッチング素子等のコンバータ２０の構成部品の発熱量が増加し、コンバータ温度ＴＣが上昇する。コンバータ温度ＴＣが許容温度よりも上昇しないように、過熱保護を行う必要がある。
【００３８】
コンバータ温度ＴＣが低い場合、コンバータ２０の構成部品の発熱量を低減するために、昇圧比を低下させる必要がない。そのため、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低い場合は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎ以上の範囲に設定する。本実施の形態は、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎ以上であって、回転電機の回転速度ω及びトルクＴに応じて定まるモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ以上の範囲に設定する。例えば、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの設定可能な範囲内で、コンバータ２０の損失及び回転電機４０（インバータ４１及び回転電機本体４２）の損失が小さくなるような出力電圧Ｖｏｕｔに、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを設定する。
【００３９】
例えば、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎと目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂとの関係が予め設定された基本値設定マップを参照し、現在の入力電圧Ｖｉｎに対応する目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出する。目標電圧設定部５３１は、図７に示すような回転電機の回転速度ω及びトルクＴとモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎとの関係が予め設定された回転電機下限電圧マップを参照し、現在の回転電機の回転速度ω及び目標トルクＴｏに対応するモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎを算出する。
【００４０】
そして、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、回転電機のモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎにより下限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏとして算出する。基本値設定マップの目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂは、各入力電圧Ｖｉｎの動作点において、入力電圧Ｖｉｎ以上であって、各損失が低くなる出力電圧Ｖｏｕｔに予め設定される。
【００４１】
しかし、コンバータ温度ＴＣが高くなり、過熱保護を行う必要がある場合は、昇圧比を低下させ、発熱量を低下させるために、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを上限制限する必要がある。そこで、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限する。図８に示すように、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるに従って、第１の上限値Ｖｕｐ１を小さくする。なお、第１の上限値Ｖｕｐ１は、入力電圧Ｖｉｎ以上の値に設定される。
【００４２】
この構成によれば、コンバータの温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１を上回り、過熱保護を行う必要がある場合は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限することができる。入力電圧Ｖｉｎが小さくなるに従って、同じリアクトル損失及びスイッチング素子損失になる出力電圧Ｖｏｕｔが低下する。入力電圧Ｖｉｎが小さくなるに従って、第１の上限値Ｖｕｐ１が小さくされるので、入力電圧Ｖｉｎに関わらず、適切にリアクトル損失及びスイッチング素子損失を低下させることができる。よって、リアクトル及びスイッチング素子の発熱を低減し、コンバータの温度上昇を抑制し、過熱保護を行うことができる。
【００４３】
第１の判定値Ｖｔｈ１は、過熱保護の必要性が生じるコンバータ温度ＴＣに基づいて、予め設定されている。第１の上限値Ｖｕｐ１は、各入力電圧Ｖｉｎの動作点において、コンバータ温度ＴＣが許容温度以下に低下するような値に予め設定されている。目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎと第１の上限値Ｖｕｐ１との関係が予め設定された第１上限値設定マップを参照し、現在の入力電圧Ｖｉｎに対応する第１の上限値Ｖｕｐ１を算出する。
【００４４】
目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低い場合に算出される目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限する。例えば、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎと目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂとの関係が予め設定された基本値設定マップを参照し、現在の入力電圧Ｖｉｎに対応する目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出する。そして、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、回転電機のモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎで下限制限した値を、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏとして算出する。
【００４５】
ここで、ＡをＢで上限制限する処理は、ＡとＢとのいずれか小さい方の値を出力する処理に相当する。また、ＡをＢで下限制限する処理は、ＡとＢとのいずれか大きい方の値を出力する処理に相当する。
【００４６】
本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが第１の判定値Ｖｔｈ１を上回った後、コンバータ温度ＴＣが第１の解除値Ｖｓｔ１を下回った場合に、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を終了する。第１の解除値Ｖｓｔ１は、第１の判定値Ｖｔｈ１以下の値に予め設定される。上限制限処理の開始と終了とが短時間で繰り返し行われないように、例えば、第１の解除値Ｖｓｔ１は、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも１０度程度小さい値に設定される。
【００４７】
＜制御挙動＞
図９に制御挙動の例を示す。時刻ｔ０１までは、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低いと判定し、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行わずに、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを設定する。本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎ以上であって、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ以上の範囲において、各損失が低くなる目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出し、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂをそのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。
【００４８】
時刻ｔ０１で、何らかの要因で、コンバータ２０を冷却する冷却水の温度が過大に上昇する異常が生じている。その後、コンバータ温度ＴＣが、次第に上昇していき、時刻ｔ０２で、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも高いと判定し、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を開始する。本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行わない場合と同様に目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出し、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。図９の例では、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂが、第１の上限値Ｖｕｐ１を超えており、第１の上限値Ｖｕｐ１が、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定される。
【００４９】
その後、出力電圧の低下により、コンバータの損失及び発熱量が低下し、コンバータ温度ＴＣを第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低下させることができ、コンバータの過熱保護を行うことができている。
【００５０】
時刻ｔ０３で、冷却水の温度が過大に上昇する異常が解消している。時刻ｔ０３の後、コンバータ温度ＴＣが次第に減少している。時刻ｔ０４で、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の解除値Ｖｓｔ１を下回ったので、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を終了し、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂをそのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定している。
【００５１】
＜目標出力電圧の下限値＞
以上では、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏ（目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂ）が入力電圧Ｖｉｎ以上の値に設定される場合を例に説明した。しかし、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎに近い場合、コンバータ２０に流れる電流、又は入力電圧Ｖｉｎに過渡的な変動があった場合に、出力電圧Ｖｏｕｔの制御が不安定になる場合がある。そのため、図１０に示すように、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎに予め設定された正のオフセット値を加えた下限値Ｖｍｉｎにより下限制限してもよい。すなわち、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏ（目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂ）が下限値Ｖｍｉｎ以上の値に設定されてもよい。第１の上限値Ｖｕｐ１は、下限値Ｖｍｉｎ以上の値に設定される。
【００５２】
２．実施の形態２
実施の形態２に係る電源装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電源装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、コンバータ２０の構成が実施の形態１と異なる。図１１は、本実施の形態に係るコンバータ２０の構成図である。
【００５３】
本実施の形態では、コンバータ２０は、出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間に、正極側から順番に直列接続された、第１のスイッチング素子Ｓ１、第２のスイッチング素子Ｓ２、第３のスイッチング素子Ｓ３、及び第４のスイッチング素子Ｓ４を有している。各スイッチング素子のゲート端子は、制御回路５０に接続されている。各スイッチング素子は、制御回路５０から出力される制御信号によりオン又はオフされる。
【００５４】
第２のスイッチング素子Ｓ２と第３のスイッチング素子Ｓ３との間の接続点と、入力端子１の正極側端子１ａとの間に、リアクトルＬが直列接続されている。
【００５５】
第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２との間の接続点と、第３のスイッチング素子Ｓ３と第４のスイッチング素子Ｓ４との間の接続点との間に、充放電用のコンデンサＣ３が接続されている。充放電用のコンデンサＣ３の端子間の電圧である中間電圧Ｖｍｉｄを検出する中間電圧検出回路６が設けられている。中間電圧検出回路６の出力信号は、制御回路５０に入力される。
【００５６】
実施の形態１と同様に、入力端子１の正極側端子１ａと負極側端子１ｂとの間には、入力側の平滑コンデンサＣ１が接続されている。出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間には、出力側の平滑コンデンサＣ２が接続されている。入力端子１の正極側端子１ａと負極側端子１ｂとの間には、入力端子１の電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出回路３が設けられている。出力端子２の正極側端子２ａと負極側端子２ｂとの間には、出力端子２の電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出回路４が設けられている。
【００５７】
本実施の形態では、電圧検出部５１は、中間電圧検出回路６の出力信号に基づいて、中間電圧Ｖｍｉｄを検出する。
【００５８】
電圧フィードバック制御部５３２は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに近づくように、コンバータ２０のスイッチング素子をオンオフ制御する。例えば、電圧フィードバック制御部５３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに近づける電圧制御量Ｄｖを算出する。本実施の形態では、電圧フィードバック制御部５３２は、中間電圧Ｖｍｉｄを、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの半分値（Ｖｏｕｔｏ／２）に近づける中間電圧制御量Ｄｍｉｄを算出する。そして、図１２、図１３に示すように、電圧フィードバック制御部５３２は、電圧制御量Ｄｖ及び中間電圧制御量Ｄｍｉｄに基づいて、第１、第２、第３及び第４のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれをオンオフするパルス信号Ｐｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３、Ｐｓ４を生成する。このパルス信号の生成には、国際公開第２０１２／０１４９１２号等に開示されている公知の方法が用いられる。
【００５９】
図１２及び図１３のタイムチャートに、スイッチング素子のオンオフ挙動を示す。図１２は、昇圧比が２以上である場合であり、図１３は、昇圧比が１以上２以下である場合である。
【００６０】
第１のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ１と第４のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ４とが、反転した信号になる。図示は省略するが、第１のスイッチング素子のオン期間と第４のスイッチング素子のオン期間との間には、デッドタイム（短絡防止期間）が設けられる。第２のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ２と第３のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ３とが、反転した信号になる。図示は省略するが、第２のスイッチング素子のオン期間と第３のスイッチング素子のオン期間との間には、デッドタイム（短絡防止期間）が設けられる。第１及び第４のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ１、Ｐｓ４と、第２及び第３のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ２、Ｐｓ３との間には、位相差が設けられている。
【００６１】
昇圧比を２以上にする図１２について説明する。リアクトルＬに印加される印加電圧ＶＬは、第３のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ３及び第４のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ４の両方がオンである場合に、入力電圧Ｖｉｎになり、リアクトル電流ＩＬは、Ｖｉｎ／インダクタンスの傾きで増加する。一方、リアクトルの印加電圧ＶＬは、第２のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ２及び第４のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ４の両方がオンである場合、及び第１のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ１及び第３のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ３の両方がオンである場合に、Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ／２になり、リアクトル電流ＩＬは、（Ｖｉｎ―Ｖｏｕｔ／２）／インダクタンスの傾きで減少する。
【００６２】
昇圧比を１以上２以下にする図１３について説明する。リアクトルＬの印加電圧ＶＬは、第２のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ２及び第４のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ４の両方がオンである場合、及び第１のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ１及び第３のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ３の両方がオンである場合に、Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ／２になり、リアクトル電流ＩＬは、（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ／２）／インダクタンスの傾きで増加する。一方、リアクトルの印加電圧ＶＬは、第１のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ１及び第２のスイッチング素子のパルス信号Ｐｓ２の両方がオンである場合に、Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔになり、リアクトル電流ＩＬは、（Ｖｉｎ―Ｖｏｕｔ）／インダクタンスの傾きで減少する。
【００６３】
図１４に、横軸を入力電圧Ｖｉｎとし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとし、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの各動作点におけるリアクトル損失の特性を等高線で示している。図１５に、横軸を入力電圧Ｖｉｎとし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとし、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの各動作点におけるスイッチング素子損失の特性を等高線で示している。
【００６４】
目標出力電圧Ｖｏｕｔｏは、入力電圧Ｖｉｎ以上に設定されるので、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎ以下になる領域は、コンバータの動作範囲外になり、リアクトル損失及びスイッチング素子損失を示していない。
【００６５】
リアクトル損失及びスイッチング素子損失は、昇圧比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が、１付近で小さくなり、昇圧比が１付近から１．３付近に近づくほど、損失が大きくなる。また、昇圧比が１．３付近から２付近に近づくほど、損失が小さくなり、昇圧比が２付近から大きくなるのど、損失が再び大きくなる。
【００６６】
上述したように、リアクトル及びスイッチング素子の発熱量を低減させるために、各損失を低減させる必要がある。各損失を低減させるためには、昇圧比を１．３付近（又は２付近）に変化させる必要がある。そのためには、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるほど、低下後の出力電圧を小さくする必要がある。
【００６７】
実施の形態１と同様に、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低い場合は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎ以上の範囲に設定する。また、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎ以上であって、回転電機の回転速度及びトルクに応じて定まるモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ以上の範囲に設定する。例えば、目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの設定可能な範囲内で、コンバータ２０の損失及び回転電機４０（インバータ４１及び回転電機本体４２）の損失が小さくなるような出力電圧Ｖｏｕｔに、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを設定する。
【００６８】
実施の形態１と同様に、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが、第１の判定値Ｖｔｈ１を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限する。図８に示すように、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるに従って、第１の上限値Ｖｕｐ１を小さくする。目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低い場合に算出される目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限する。
【００６９】
また、目標電圧設定部５３１は、コンバータ温度ＴＣが第１の判定値Ｖｔｈ１を上回った後、コンバータ温度ＴＣが第１の解除値Ｖｓｔ１を下回った場合に、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を終了する。目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、入力電圧Ｖｉｎに予め設定された正のオフセット値を加えた下限値Ｖｍｉｎにより下限制限してもよい。
【００７０】
３．実施の形態３
実施の形態３に係る電源装置について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電源装置の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、目標電圧設定部５３１の処理が実施の形態１又は２と異なる。
【００７１】
＜第１の時間遅れ処理＞
図１６に示すように、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理が行われているときに、入力電圧Ｖｉｎに急峻な変動があった場合を説明する。図８に示すように、入力電圧Ｖｉｎの急峻な変動に応じて第１の上限値Ｖｕｐ１も変動し、第１の上限値Ｖｕｐ１に上限制限された目標出力電圧Ｖｏｕｔｏも急峻に変動する。
【００７２】
目標出力電圧Ｖｏｕｔｏが急峻に変動すると、出力電圧Ｖｏｕｔが急峻に変動する。そうなると、コンバータ２０の動作、電気負荷３１（本例では、回転電機４０）の動作が不安定になる可能性がある。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎに対して第１の時間遅れ処理を行った値に基づいて、第１の上限値Ｖｕｐ１を設定する。この構成によれば、入力電圧Ｖｉｎが急峻に変動しても、第１の上限値Ｖｕｐ１が急峻に変動することを抑制でき、出力電圧Ｖｏｕｔが急峻に変動することを抑制できる。なお、目標電圧設定部５３１は、実施の形態１と同様に入力電圧Ｖｉｎに基づいて第１の上限値Ｖｕｐ１を設定し、第１の上限値Ｖｕｐ１に対して第１の時間遅れ処理を行った値を、最終的な第１の上限値Ｖｕｐ１として用いてもよい。
【００７４】
例えば、第１の時間遅れ処理は、１次遅れ処理等のローパスフィルタ処理とされる。コンバータ温度ＴＣ変化の時間遅れが、第１の時間遅れ処理の時間遅れよりも大きくなるように、コンバータの構成部品の熱時定数が設定されている。この構成によれば、第１の時間遅れ処理により低減される入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの急峻な変動成分により生じるコンバータ温度ＴＣ変化が小さくなる。そのため、第１の時間遅れ処理を行っても、コンバータ温度ＴＣ上昇の抑制性能を維持できる。
【００７５】
コンバータ温度ＴＣ変化の特性は、コンバータの各構成部品の熱容量、及び冷却系統等によって定まる。例えば、昇圧比のステップ変化に対するコンバータ温度ＴＣの変化の時定数が、第１の時間遅れ処理の時定数よりも大きくなるように、リアクトル及びスイッチング素子等のコンバータの構成部品の熱時定数（熱容量）が設定されている。
【００７６】
或いは、第１の時間遅れ処理の時間遅れが、コンバータ温度ＴＣの変化の時間遅れよりも小さくなるように、第１の時間遅れ処理の時定数が設定されてもよい。
【００７７】
＜第２の時間遅れ処理＞
目標電圧設定部５３１は、外部の電気負荷３１の動作状態（本例では、回転電機４０の回転速度及びトルク）に基づいて、上限制限前の目標出力電圧（目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂ）を設定し、外部の電気負荷の動作状態又は上限制限前の目標出力電圧に対して、第２の時間遅れ処理を行う。
【００７８】
本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、回転電機の回転速度ω及びトルクＴに基づいて、回転電機のモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎを算出し、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎにより下限制限する。目標電圧設定部５３１は、回転電機の回転速度ω及びトルクＴ、又はモータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎによる下限制限後の目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂに対して第２の時間遅れ処理を行う。
【００７９】
この構成によれば、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏが、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限されておらず、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎにより下限制限された値に設定されている場合に、外部の電気負荷３１の動作状態（回転電機４０の回転速度及びトルク）の急峻な変動により、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏが急峻に変動することを抑制でき、出力電圧Ｖｏｕｔが急峻に変動することを抑制できる。よって、コンバータ２０の動作、電気負荷３１（回転電機４０）の動作が不安定になることを抑制できる。
【００８０】
第２の時間遅れ処理の時間遅れよりも、第１の時間遅れ処理の時間遅れが大きい。例えば、第２の時間遅れ処理の時定数よりも、第１の時間遅れ処理の時定数が大きくされる。第２の時間遅れ処理の時間遅れは、回転電機４０の回転速度及びトルクの変化に応じて、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを変化させても、コンバータ２０の動作、電気負荷３１（回転電機４０）の動作が不安定にならないように設定される。よって、第１の時間遅れ処理の時間遅れは、第２の時間遅れ処理の時間遅れよりも大きいため、入力電圧Ｖｉｎの変化に対する目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの変化速度は、回転電機４０の回転速度及びトルクの変化に対する目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの変化速度よりも大きくなる。よって、入力電圧Ｖｉｎの変化に応じて、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを変化させても、コンバータ２０の動作、電気負荷３１（回転電機４０）の動作が不安定にならないように、安全サイドで動作できる。
【００８１】
４．実施の形態４
実施の形態４に係る電源装置について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電源装置の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、温度検出回路５の構成及び目標電圧設定部５３１の処理が実施の形態１又は２と異なる。
【００８２】
本実施の形態では、温度検出回路５として、リアクトル温度ＴＬを検出する第１の温度検出回路と、スイッチング素子温度ＴＳを検出する第２の温度検出回路とが設けられている。
【００８３】
温度検出部５２は、第１の温度検出回路の出力信号に基づいて、リアクトル温度ＴＬを検出し、第２の温度検出回路の出力信号に基づいて、スイッチング素子温度ＴＳを検出する。
【００８４】
本実施の形態では、リアクトルの熱時定数は、スイッチング素子の熱時定数よりも大きい。そのため、冷却系統の異常発生、昇圧比の増加等に対して、スイッチング素子温度ＴＳが、リアクトル温度ＴＬよりも先に上昇する。
【００８５】
例えば、リアクトルの構成部材の比熱、質量を大きくすることで、リアトルクの熱容量を増加させて、リアクトルの熱時定数を、スイッチング素子の熱時定数よりも大きくする。
【００８６】
本実施の形態では、目標電圧設定部５３１は、リアクトル温度ＴＬが、第１の判定値Ｖｔｈ１を超えておらず、スイッチング素子温度ＴＳが、第２の判定値Ｖｔｈ２を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第２の上限値Ｖｕｐ２により上限制限する。図１７に示すように、第２の上限値Ｖｕｐ２は、第１の上限値Ｖｕｐ１よりも大きく、入力電圧Ｖｉｎに応じて変化しない。
【００８７】
目標電圧設定部５３１は、リアクトル温度ＴＬが、第１の判定値Ｖｔｈ１を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限する。
【００８８】
この構成によれば、温度上昇速度が速いスイッチング素子温度ＴＳが、第２の判定値Ｖｔｈ２を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを第２の上限値Ｖｕｐ２により上限制限することにより、スイッチング素子の発熱量を低下させ、スイッチング素子温度ＴＳの上昇を抑制することができる。第２の判定値Ｖｔｈ２は、過熱保護の必要性が生じるスイッチング素子の温度に基づいて、予め設定されている。第２の上限値Ｖｕｐ２は、スイッチング素子の温度上昇を抑制できる程度の出力電圧Ｖｏｕｔに設定される。
【００８９】
第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理が行われている状態でも、リアクトルの温度上昇を抑制できない場合は、リアクトル温度ＴＬは、比較的に緩やかに増加する。そして、リアクトル温度ＴＬが、第１の判定値Ｖｔｈ１を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第２の上限値Ｖｕｐ２よりも小さい第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限することにより、リアクトル及びスイッチング素子の発熱量を更に低下させ、リアクトル温度ＴＬの上昇を抑制することができる。第１の判定値Ｖｔｈ１は、過熱保護の必要性が生じるリアクトルの温度に基づいて、予め設定されている。第１の上限値Ｖｕｐ１は、リアクトルの温度上昇を抑制できる程度の出力電圧Ｖｏｕｔに設定される。
【００９０】
実施の形態１と同様に、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎ以上の範囲内に、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出する。例えば、目標電圧設定部５３１は、入力電圧Ｖｉｎ以上であって、モータ要求下限電圧Ｖｍｇｍｉｎ以上の範囲において、各損失が低くなる目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを算出する。そして、目標電圧設定部５３１は、第１の上限値Ｖｕｐ１又は第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行わない場合は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、そのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。
【００９１】
目標電圧設定部５３１は、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行う場合は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。目標電圧設定部５３１は、第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行う場合は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第２の上限値Ｖｕｐ２により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。
【００９２】
＜制御挙動＞
図１８及び図１９に制御挙動の例を示す。図１８の例は、温度上昇の発生要因が短期間発生する場合であり、図１９の例は、温度上昇の発生要因が長期間発生する場合である。
【００９３】
まず、図１８について説明する。時刻ｔ１１までは、目標電圧設定部５３１は、リアクトル温度ＴＬが第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低いと判定し、スイッチング素子温度ＴＳが第２の判定値Ｖｔｈ２よりも低いと判定し、第１の上限値Ｖｕｐ１及び第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行わずに、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂをそのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを設定する。
【００９４】
時刻ｔ１１で、何らかの要因で、コンバータ２０を冷却する冷却水の温度が過大に上昇する異常が生じている。その後、スイッチング素子温度ＴＳが、比較的速く上昇していき、時刻ｔ１２で、目標電圧設定部５３１は、スイッチング素子温度ＴＳが、第２の判定値Ｖｔｈ２よりも高いと判定し、第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を開始する。目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第２の上限値Ｖｕｐ２により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。一方、リアクトルの熱時定数は、スイッチング素子の熱時定数よりも大きいため、リアクトル温度ＴＬは、比較的に緩やかに増加しており、リアクトル温度ＴＬは、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも高くなっていない。
【００９５】
その後、出力電圧の低下により、コンバータの損失及び発熱量が低下し、スイッチング素子温度ＴＳを第２の判定値Ｖｔｈ２よりも低下させることができ、スイッチング素子の過熱保護を行うことができている。
【００９６】
時刻ｔ１３で、冷却水の温度が過大に上昇する異常が解消している。時刻ｔ１３の後、スイッチング素子温度ＴＳが比較的速く低下している。時刻ｔ１４で、目標電圧設定部５３１は、スイッチング素子温度ＴＳが、第２の解除値Ｖｓｔ２を下回ったので、第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を終了し、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂをそのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定している。第２の解除値Ｖｓｔ２は、第２の上限値Ｖｕｐ２以下に設定される。
【００９７】
このように、温度上昇の発生要因が短期間発生する場合は、熱時定数の大きいリアクトル温度ＴＬの上昇は比較的小さく、熱時定数の小さいスイッチング素子温度ＴＳの上昇は比較的大きくなる。そして、スイッチング素子温度ＴＳを低下させるために、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏが、第１の上限値Ｖｕｐ１よりも大きい第２の上限値Ｖｕｐ２まで低下されるので、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの低下量を必要最低限に抑制することができる。
【００９８】
次に、図１９について説明する。時刻ｔ２１までは、目標電圧設定部５３１は、リアクトル温度ＴＬが第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低いと判定し、スイッチング素子温度ＴＳが第２の判定値Ｖｔｈ２よりも低いと判定し、第１の上限値Ｖｕｐ１及び第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を行わずに、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂをそのまま目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを設定する。
【００９９】
時刻ｔ２１で、何らかの要因で、コンバータ２０を冷却する冷却水の温度が過大に上昇する異常が生じている。その後、スイッチング素子温度ＴＳが、比較的速く上昇していき、時刻ｔ２２で、目標電圧設定部５３１は、スイッチング素子温度ＴＳが、第２の判定値Ｖｔｈ２よりも高いと判定し、第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を開始する。目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第２の上限値Ｖｕｐ２により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。
【０１００】
その後、出力電圧の低下により、コンバータの損失及び発熱量が低下し、スイッチング素子温度ＴＳを第２の判定値Ｖｔｈ２よりも低下させることができ、スイッチング素子の過熱保護を行うことができている。
【０１０１】
一方、第２の上限値Ｖｕｐ２による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理だけでは、リアクトル温度ＴＬの上昇を抑制するためには十分でない。そのため、時刻２２後も、熱時定数の大きいリアクトル温度ＴＬは、比較的に緩やかに増加していく。
【０１０２】
そして、時刻２３で、目標電圧設定部５３１は、リアクトル温度ＴＬが、第１の判定値Ｖｔｈ１よりも高いと判定し、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を開始する。目標電圧設定部５３１は、目標出力電圧の基本値Ｖｏｕｔｏｂを、第１の上限値Ｖｕｐ１により上限制限した値を、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに設定する。出力電圧が更に低下するので、コンバータの損失及び発熱量が更に低下し、リアクトル温度ＴＬを第１の判定値Ｖｔｈ１よりも低下させることができ、リアクトルの過熱保護を行うことができている。
【０１０３】
図１９には示していないが、その後、異常が解消し、リアクトル温度ＴＬが、第１の解除値Ｖｓｔ１を下回ると、目標電圧設定部５３１は、第１の上限値Ｖｕｐ１による目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの上限制限処理を終了する。第１の解除値Ｖｓｔ１は、第１の上限値Ｖｕｐ１以下に設定される。
【０１０４】
このように、温度上昇の発生要因が長期間発生する場合は、熱時定数の大きいリアクトル温度ＴＬの上昇も大きくなる。そして、リアクトル温度ＴＬを低下させるために、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏが、第２の上限値Ｖｕｐ２よりも小さい第１の上限値Ｖｕｐ１まで低下されるので、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏの低下量を大きくし、リアクトル温度ＴＬを低下させ、リアクトルの過熱保護を行うことができる。
【０１０５】
〔その他の実施の形態〕
（１）上記の実施の形態１においては、コンバータ２０が、２つのスイッチング素子が直列接続された双方向のチョッパ回路であり、実施の形態２においては、コンバータ２０が、４つのスイッチング素子が直列接続された双方向のチョッパ回路である場合を例として説明した。しかし、コンバータ２０は、入力端子１と出力端子２との間で、直流電力を変換し、リアクトル及びスイッチング素子を有しているＤＣ−ＤＣコンバータであれば、他の種類のものであってもよい。例えば、コンバータ２０は、入力端子１から出力端子２に直流電圧を昇圧して供給する昇圧チョッパ回路であってもよい、この場合は、実施の形態１において正極側のスイッチング素子が、ダイオードであってもよい。或いは、コンバータ２０は、出力端子２から入力端子１に直流電圧を降圧して供給する降圧チョッパ回路であってもよい、この場合は、実施の形態１において負極側のスイッチング素子が、ダイオードであってもよい。或いは、コンバータ２０は、トランス絶縁型であってもよい。
【０１０６】
（２）上記の各実施の形態においては、外部の電気負荷３１が、回転電機４０である場合を例として説明した。しかし、外部の電気負荷３１は、回転電機４０以外の任意の電気負荷であってもよく、或いは、並列接続された複数の回転電機４０であってもよい。
【０１０７】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１０８】
１  入力端子、２  出力端子、３  入力電圧検出回路、４  出力電圧検出回路、５  温度検出回路、２０  コンバータ、３０  直流電源、３１  外部の電気負荷、４０  回転電機、５０  制御回路、５１  電圧検出部、５２  温度検出部、５３  出力電圧制御部、Ｌ  リアクトル、ＴＣ  コンバータ温度、ＴＬ  リアクトル温度、ＴＳ  スイッチング素子温度、Ｖｉｎ  入力電圧、Ｖｏｕｔ  出力電圧、Ｖｏｕｔｏ  目標出力電圧、Ｖｔｈ１  第１の判定値、Ｖｔｈ２  第２の判定値、Ｖｕｐ１  第１の上限値、Ｖｕｐ２  第２の上限値
【要約】
【課題】コンバータの過熱保護のために、コンバータの入力電圧が変化しても、出力電圧を適切に上限制限することができる電源装置を提供する。
【解決手段】入力端子と出力端子との間で直流電力を変換する、少なくとも一つのスイッチング素子を有するコンバータ２０と、出力電圧Ｖｏｕｔが目標出力電圧Ｖｏｕｔｏに近づくように、スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路５０と、を備え、制御回路５０は、コンバータの温度ＴＣが、第１の判定値を超えた場合に、目標出力電圧Ｖｏｕｔｏを、第１の上限値により上限制限し、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるに従って、第１の上限値を小さくする電源装置。
【選択図】図２【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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