JP5550500B2

JP5550500B2 - Ｄｃｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP5550500B2
Application number: JP2010203044A
Authority: JP
Inventors: 靖理大元; 勇作井戸; 孝治蜂谷
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: JP2012060819A

Description

本発明は、DCDCコンバータに関し、特に、ソフトスタートを行うDCDCコンバータに関する。

EV（Electric Vehicle、電気自動車）、HEV（Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両には、高圧バッテリと低圧バッテリの２種類のバッテリが通常設けられる。

高圧バッテリは、例えば、電動車両の車輪を駆動し走行させるための主動力モータ、A/C（エアコンディショナ）のコンプレッサモータなどの高電圧の負荷（以下、高圧負荷と称する）用の電源として主に使用される。

一方、低圧バッテリは、例えば、各種のECU（Electronic Control Unit）、EPS（電動パワーステアリング）、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、ワイパー、パワーウインドウ用のモータ、照明ランプなどの低電圧の負荷（以下、低圧負荷と称する）用の電源として主に使用される。

また、低圧バッテリの充電は、例えば、高圧バッテリの電圧をDCDCコンバータにより降圧して供給することにより行われる。

ところで、DCDCコンバータをはじめとするスイッチング電源に対して、従来、起動時の突入電流や、出力電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートを防止するための対策が検討されている。

例えば、入力電圧をその大きさに応じたパルス幅を持つパルス信号に変換して出力する電圧／時間幅変換回路と、この電圧／時間幅変換回路の出力パルスによりチョッパ動作し、出力パルス幅に応じた大きさの電流を出力するスイッチング回路とを備える電圧／電流変換回路において、外部負荷が未接続または負荷抵抗値が規定値より大きい場合においても、スイッチング素子が完全なオン状態にならないように、出力電流のフィードバック制御を行うようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、スイッチング電源装置において、起動時に、メモリ部に格納されている駆動パラメータを読み出し、パワーMOSFETのゲート電圧を制御し、一定周期毎に測定される出力電圧とメモリ部に格納されているターゲットパラメータを比較する。そして、その誤差がメモリ部に格納されているロック閾値パラメータ以下でない場合、次回起動時の駆動パラメータを算出し、メモリ部に格納されている駆動パラメータを更新する処理を、誤差がロック閾値パラメータ以下になるまで装置の起動毎に繰り返し実行する。その結果、負荷の容量の違いに関わらず、常に一定の起動時間でスイッチング電源装置を起動できるようにすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、スイッチング電源回路において、出力電流が制限値を超えないように制御する電流制限回路を備えるとともに、出力電圧の立ち上げ時に一定時間ごとに電流制限値を所定の値ずつ高めていくことにより、出力電圧の立ち上げ時のオーバーシュートを抑制することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、スイッチング電源において、出力電圧の目標値VtがV1からV2に変更された場合、リファレンス値VrefをV１からV2に徐々に近づけるとともに、Vrefを二つの異なる傾きで２段階に分けて変化させることにより、出力電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートの発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

さらに、PWMを行うDCDCコンバータなどのスイッチング電源のソフトスタート時に、出力電圧を中間値まで固定のパルス幅で単調増加させてからPWMを開始し、出力電圧を目標値まで増加させることにより、出力電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートの発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。

特開平６−７０５３８号公報特開２００６−２０３９８８号公報特開２００３−２０８２３２号公報特開２００４−２９７９８３号公報特開２００４−２９７９８５号公報

一方、DCDCコンバータの起動時に、突入電流の発生を防止するために、出力電圧を目標電圧に到達するまで徐々に増加させるソフトスタートを行うと、その分目標電圧に到達するまでの時間が長くなってしまうという課題が存在する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、DCDCコンバータの起動時に、突入電流を許容範囲内に抑えつつ、目標電圧に到達するまでの時間を短縮できるようにするものである。

本発明の一側面のDCDCコンバータは、入力される電圧を降圧してバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、電力変換手段の出力電圧を検出する電圧検出手段と、起動時に出力電圧を目標電圧に到達するまで徐々に増加させるソフトスタートを実行するとともに、電力変換手段の出力が停止されているときのバッテリの電流の検出値を取得し、電力変換手段の出力が停止されているときのバッテリの電流、および、電力変換手段の出力が停止されているときに電圧検出手段により検出されるバッテリの電圧に基づいて、ソフトスタート中の出力電圧を制御する電圧制御手段とを備える。

本発明の一側面の電力変換制御装置においては、入力される電圧を降圧してバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段の出力電圧が起動時に目標電圧に到達するまで徐々に増加されるとともに、前記電力変換手段の出力が停止されているときに検出されたバッテリの電圧および電流に基づいて、ソフトスタート中の出力電圧が制御される。

従って、DCDCコンバータの起動時に、突入電流を許容範囲内に抑えつつ、目標電圧に到達するまでの時間を短縮することができる。

この電力変換手段は、例えば、フルブリッジ方式、ハーフブリッジ方式などの各種方式の直流電圧変換回路により構成される。この電圧検出手段は、例えば、電圧センサにより構成される。この電圧制御手段は、例えば、MPUにより構成される。

前記電力変換手段の出力が停止されているときの前記バッテリの電圧および電流に基づいて、前記負荷のインピーダンスを算出する算出手段をさらに設け、前記電圧制御手段には、算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御させることができる。

これにより、負荷のインピーダンスに基づいて、目標電圧に到達するまでの時間を制御ことができ、負荷のインピーダンスが高くなるほど、その時間を短縮することができる。

この算出手段は、例えば、MPUにより構成される。

前記電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段をさらに設け、前記算出手段には、ソフトスタート中の前記バッテリの電流の検出値を取得するとともに、ソフトスタート中の前記出力電圧、前記出力電流、および、前記バッテリの電流に基づいて、前記負荷のインピーダンスを再計算させ、前記電圧制御手段には、再計算された前記負荷のインピーダンスに基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御させることができる。

これにより、ソフトスタート中に負荷のインピーダンスを更新することができ、その結果、より確実に突入電流を許容範囲内に抑えつつ、目標電圧に到達するまでの時間を短縮することができる。
この電流検出手段は、例えば、電流センサにより構成される。

前記算出手段には、前記負荷の状態を示す情報を取得するとともに、前記負荷の状態が変化したときに前記負荷のインピーダンスを再計算させることができる。

これにより、少ない演算量で、適切なタイミングで負荷インピーダンスを再計算することができ、その結果、出力電圧をより適切に制御することができる。

前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記出力電圧の時間に対する変化率を設定する設定手段をさらに設け、前記電圧制御手段には、設定された前記変化率に基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御させることができる。

これにより、負荷のインピーダンスに基づいて、より適切にソフトスタート中の出力電圧を制御することができる。

この設定手段は、例えば、MPUにより構成される。

前記設定手段には、ソフトスタートに要する時間が所定の最大許容時間となる場合の変化率以上の値に前記変化率を設定させることができる。

これにより、目標電圧に到達するまでの時間を確実に最大許容時間内に抑えることができる。

本発明の一側面によれば、DCDCコンバータの起動時に、突入電流を許容範囲内に抑えつつ、目標電圧に到達するまでの時間を短縮することができる。

本発明を適用した電源システムの基本構成を示す回路図である。ソフトスタート制御処理を説明するためのフローチャートである。ソフトスタート時の出力電圧の時系列の変化の例を示すグラフである。ソフトスタート時間を最大許容時間Tmax以内のする条件を説明するための図である。ソフトスタート時間を最大許容時間Tmax以内のする条件を説明するための図である。ソフトスタート中の出力電圧制御の好ましくない例を説明するためのグラフである。ソフトスタート中の出力電圧制御の好ましくない例を説明するためのグラフである。本発明を適用した電源システムの一実施の形態を示す回路図である。制御部の機能の構成例を示すブロック図である。ソフトスタート制御処理を説明するためのフローチャートである。負荷インピーダンス算出処理を説明するためのフローチャートである。負荷インピーダンス更新処理を説明するためのフローチャートである。ソフトスタート時の出力電圧Voutの時系列の変化の例を示すグラフである。ソフトスタート時の出力電圧Voutの時系列の変化の例を示すグラフである。ソフトスタート時の出力電圧Voutの傾きαの制御方法の変形例を説明するためのグラフである。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．基本構成
２．実施の形態
３．変形例

＜１．基本構成＞
まず、図１乃至図７を参照して、本発明を適用した電源システムの基本構成について説明する。

［電源システム１０１の構成例］
図１は、本発明を適用した電源システムの基本構成を示す回路図である。電源システム１０１は、EV、HEV、PHEVなどの電動車両に設けられ、電動車両の各部に電力を供給するシステムである。電源システム１０１は、高圧バッテリ１１１、DCDCコンバータ１１２、および、低圧バッテリ１１３を含むように構成される。

高圧バッテリ１１１は、図示せぬ高圧負荷、および、DCDCコンバータ１１２に所定の電圧（例えば、100〜330V）の電力を供給する。なお、高圧バッテリ１１１の電力により動作する高圧負荷は、例えば、電動車両の主動力モータ、エアコンディショナのコンプレッサモータ等を含む。

DCDCコンバータ１１２は、高圧バッテリ１１１の電圧を所定の電圧（例えば、12V）に降圧して、低圧バッテリ１１３および低圧負荷１０２に供給する。DCDCコンバータ１１２は、電力変換部１２１および制御部１２２を含むように構成される。

電力変換部１２１は、例えば、フルブリッジ方式、ハーフブリッジ方式などの直流電圧変換回路により構成される。電力変換部１２１は、制御部１２２から供給される出力電圧指令値Vmに従って、出力電圧Voutが出力電圧指令値Vmになるように、高圧バッテリ１１１の電圧を降圧して、低圧バッテリ１１３および低圧負荷１０２に供給する。

制御部１２２は、例えば、MPU（Micro-Processing Unit）により構成される。制御部１２２は、電力変換部１２１に出力電圧指令値Vmを供給することにより、電力変換部１２１の出力電圧Voutを制御する。また、制御部１２２は、図２を参照して後述するように、電力変換部１２１のソフトスタート制御を行う。

低圧バッテリ１１３は、DCDCコンバータ１１２から供給される電力により充電されるとともに、低圧負荷１０２に電力を供給する。

低圧負荷１０２は、例えば、電動車両の各部の制御を行う各種のECU、EPS、電動ブレーキ、カーオーディオ機器、ワイパー、パワーウインドウ用のモータ、照明ランプなどを含む。

［DCDCコンバータ１１２の処理］
次に、図２のフローチャートを参照して、DCDCコンバータ１１２により実行されるソフトスタート制御処理について説明する。なお、この処理は、例えば、電動車両の電源をオンするために、電動車両のイグニッションスイッチまたはスタートスイッチがオンされたときに開始される。

ステップＳ１において、制御部１２２は、出力電圧指令値Vmに0Vを設定する。

ステップＳ２において、制御部１２２は、現在の出力電圧指令値Vmに所定の電圧ΔVを加算した値に出力電圧指令値Vmを更新する。そして、制御部１２２は、更新した出力電圧指令値Vmを電力変換部１２１に供給する。電力変換部１２１は、出力電圧Voutが出力電圧指令値Vmになるように、スイッチング素子等の動作を制御する。これにより、電力変換部１２１の出力電圧Voutが電圧ΔVだけ上昇する。

ステップＳ３において、制御部１２２は、出力電圧指令値Vmが目標電圧Vt以上であるか否かを判定する。出力電圧指令値Vmが目標電圧Vt未満であると判定された場合、処理はステップＳ２に戻る。その後、ステップＳ３において、出力電圧指令値Vmが目標電圧Vt以上であると判定されるまで、ステップＳ２およびステップＳ３の処理が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ３において、出力電圧指令値Vmが目標電圧Vt以上であると判定された場合、ソフトスタート制御処理は終了する。

これにより、例えば、図３に示されるように、出力電圧Voutが、目標電圧Vtに到達するまで、単位時間Δt毎に電圧ΔVずつ徐々に増加し、突入電流の発生が防止される。なお、図３の横軸は時間を示し、縦軸は電力変換部１２１の出力電圧Voutを示している。

この単位時間Δtおよび電圧ΔVを一定に保つようにすると、図３のグラフにおける出力電圧Voutの傾きα（＝ΔV／Δt）は一定となり、出力電圧Voutが目標電圧Vtに達するまでの所要時間（以下、ソフトスタート時間と称する）も一定となる。

一方、単位時間Δtおよび電圧ΔVを可変にすると、ソフトスタート時間も変更される。そして、ソフトスタート時間が所定の最大許容時間Tmaxを超えてしまうと、電動車両の電気系統の立ち上がりシーケンスに悪影響を及ぼしてしまう。

ここで、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmax以内とする条件について検討する。

電力変換部１２１の出力電圧Voutの制御範囲をVmin≦Vo≦Vmaxとすると、出力電圧Voutの傾きαを一定に保ちつつ、出力電圧Voutを最大許容時間Tmaxで最小値Vminから最大値Vmaxまで変化させたときの出力電圧Voutの傾きα0は、次式（１）により求められる。

α0＝（Vmax−Vmin）／Tmax ・・・（１）

そして、図４に示されるように、出力電圧Voutの傾きα＝α0に保てば、出力電圧Voutの初期値VsがVmin≦Vs≦Vmaxの範囲内で変更されても、目標電圧Vtは必ずVmin≦Vt≦Vmaxの範囲内に設定されるため、ソフトスタート時間は最大許容時間Tmax以内となる。同様に、出力電圧Voutの傾きα＝α0に保てば、目標電圧VtがVmin≦Vt≦Vmaxの範囲内で変更されても、初期値Vsは必ずVmin≦Vs≦Vmaxの範囲内に設定されるため、ソフトスタート時間は最大許容時間Tmax以内となる。

また、図５に示されるように、出力電圧Voutの傾きα（＝ΔV／Δt）≧α0となるように制御することにより、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmaxより短縮することができる。

ただし、突入電流の発生を抑制するために出力電圧Voutを徐々に立ち上げるというソフトスタートの本来の目的を鑑みれば、傾きα≧α0となるように制御したとしても、傾きαと傾きα0との差が所定の値より大きくなるのは好ましくない。

同様に、図６および図７に示されるように、ソフトスタート中に傾きαを大きく変動させるのも、傾きαと傾きα0との差が大きくなる期間が発生するため、好ましくない。

また、傾きα0との差が所定の範囲内で傾きαを小刻みに階段状に変化させて、ソフトスタート時間が最大許容時間Tmaxを超えないようにすることも考えられるが、制御の負荷が大きくなるため、あまり実際的ではない。

従って、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmax以内にするには、突入電流が発生しない範囲で、出力電圧Voutの傾きα≧α0になるように制御することが望ましい。これには、例えば、所定のパラメータxに対してf(x)≧1となる傾き決定関数f(x)を用いて、次式（２）により、傾きαを制御するようにすればよい。

α＝α0×f(x) ・・・（２）

あるいは、所定のパラメータxに対してg(x)≧α0となる関数g(x)のみを用いて、傾きαを制御するようにしてもよい。

なお、出力電圧Voutの初期値Vsは、例えば、低圧バッテリ１１３の電圧Vb（以下、バッテリ電圧Vbとも称する）を基準に設定する（例えば、Vs＝Vb）ようにすればよい。

＜２．実施の形態＞
次に、図８乃至図１４を参照して、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態では、ソフトスタート時の電力変換部１２１の出力電圧Voutの傾きαを制御するパラメータとして、低圧負荷１０２の負荷インピーダンスZLを用いる。

［電源システム２０１の構成例］
図８は、本発明を適用した電源システムの一実施の形態を示す回路図である。電源システム２０１は、図１の電源システム１０１と同様に、EV、HEV、PHEVなどの電動車両に設けられ、電動車両の各部に電力を供給するシステムである。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるため適宜省略する。

図８の電源システム２０１は、図１の電源システム１０１と比較して、DCDCコンバータ１１２の代わりにDCDCコンバータ２１１が設けられ、電流センサ２１２が追加されている点が異なり、その他については、電源システム１０１と同様である。

また、DCDCコンバータ２１１は、図１のDCDCコンバータ１１２と比較して、制御部１２２の代わりに制御部２２３が設けられ、電流センサ２２１および電圧センサ２２２が追加されている点が異なり、その他については、DCDCコンバータ１１２と同様である。

DCDCコンバータ２１１は、高圧バッテリ１１１の電圧を所定の電圧（例えば、12V）に降圧して、低圧バッテリ１１３および低圧負荷１０２に供給する。

電流センサ２２１は、電力変換部１２１の出力電流Ioutを検出し、検出結果を示す検出信号を制御部２２３に供給する。

電圧センサ２２２は、電力変換部１２１の出力電圧Voutを検出し、検出結果を示す検出信号を制御部２２３に供給する。

電流センサ２１２は、低圧バッテリ１１３の電流Ib（以下、バッテリ電流Ibとも称する）を検出し、検出結果を示す検出信号を制御部２２３に供給する。

制御部２２３は、例えば、図１の制御部１２２と同様に、MPU（Micro-Processing Unit）により構成される。制御部２２３は、図示せぬEUC等から低圧負荷１０２の状態を示す情報を取得する。そして、制御部２２３は、出力電流Iout、出力電圧Vout、バッテリ電流Ib、および、低圧負荷１０２の負荷の状態に基づいて、出力電圧指令値Vmを設定し、出力電圧指令値Vmを電力変換部１２１に供給する。

［制御部２２３の機能の構成例］
図９は、制御部２２３の機能の構成例を示すブロック図である。制御部２２３は、インピーダンス算出部２５１、傾き設定部２５２、および、出力電圧制御部２５３を含むように構成される。

インピーダンス算出部２５１は、電流センサ２１２により検出されるバッテリ電流Ib、電流センサ２２１により検出される出力電流Iout、電圧センサ２２２により検出される出力電圧Vout、および、図示せぬECU等から供給される低圧負荷１０２の状態を示す情報に基づいて、低圧負荷１０２のインピーダンスZLを算出する。インピーダンス算出部２５１は、算出した負荷インピーダンスZLを傾き設定部２５２に通知する。

傾き設定部２５２は、低圧負荷１０２のインピーダンスZLに基づいて、ソフトスタート時の出力電圧Voutの傾きα、すなわち、出力電圧Voutの時間に対する変化率を設定する。傾き設定部２５２は、設定した傾きαを出力電圧制御部２５３に供給する。

出力電圧制御部２５３は、傾き設定部２５２により設定された出力電圧Voutの傾きα、および、電圧センサ２２２により検出された出力電圧Voutに基づいて、出力電圧指令値Vmを設定する。そして、出力電圧制御部２５３は、設定した出力電圧指令値Vmを電力変換部１２１に供給することで、電力変換部１２１の出力電圧Voutを制御する。

［DCDCコンバータ２１１の処理］
次に、図１０のフローチャートを参照して、DCDCコンバータ２１１により実行されるソフトスタート制御処理について説明する。なお、この処理は、例えば、電動車両の電源をオンするために、電動車両のイグニッションスイッチまたはスタートスイッチがオンされたときに開始される。なお、このとき、DCDCコンバータ２１１（電力変換部１２１）の出力は停止されている。

ステップＳ１０１において、DCDCコンバータ２１１は、負荷インピーダンス算出処理を実行する。ここで、図１１のフローチャートを参照して、負荷インピーダンス算出処理の詳細について説明する。

ステップＳ１２１において、インピーダンス算出部２５１は、低圧バッテリ１１３の端子電圧（すなわち、バッテリ電圧Vb）を検出する。具体的には、インピーダンス算出部２５１は、電圧センサ２２２により検出される出力電圧Voutを、低圧バッテリ１１３の端子電圧Vbとして検出する。

厳密に言えば、出力電圧Voutと低圧バッテリ１１３の端子電圧Vbとは、電力変換部１２１の出力端と低圧バッテリ１１３との間の配線抵抗による電圧降下により一致しない。しかし、電圧センサ２２２の内部抵抗（例えば、数MΩ程度）に比べて配線抵抗（例えば、数mΩ程度）は極めて小さい。また、この時点で、電力変換部１２１の出力は停止しているため、配線抵抗には微小電流（例えば、数μA程度）しか流れない。従って、配線抵抗による電圧降下は、十分無視できるレベルである。

ステップＳ１２２において、インピーダンス算出部２５１は、低圧負荷１０２の負荷電流ILを検出する。具体的には、インピーダンス算出部２５１は、電流センサ２１２により検出されるバッテリ電流Ibを負荷電流ILとして検出する。

DCDCコンバータ２１１の停止時には、DCDCコンバータ２１１からは電流は出力されない。低圧バッテリ１１３から電圧センサ２２２に流れ込む電流については無視できる。

ステップＳ１２３において、インピーダンス算出部２５１は、次式（３）により、低圧負荷１０２の負荷インピーダンスZLを算出する。

ZL＝Vb／IL（＝Vout／Ib）・・・（３）

例えば、停車中の電動車両において、低圧バッテリ１１３の端子電圧Vb＝12.6V、負荷電流IL＝45〜65mAとすると、式（３）より、負荷インピーダンスZL＝約193〜280Ωとなる。

インピーダンス算出部２５１は、算出した負荷インピーダンスZLを傾き設定部２５２に通知する。

その後、負荷インピーダンス算出処理は終了する。

図１０に戻り、ステップＳ１０２において、傾き設定部２５２は、次式（４）および負荷インピーダンスZLに基づいて、出力電圧Voutの傾きαを設定する。

α＝α0×f(ZL) ・・・（４）

なお、式（４）は、式（２）のパラメータxを負荷インピーダンスZLに置き換えたものである。

そして、傾き設定部２５２は、設定した傾きαを出力電圧制御部２５３に供給する。

ここで、傾き決定関数f(ZL)について検討する。

ソフトスタートを実行する主目的は、出力電圧Voutが急激に上昇して、低圧負荷１０２に突入電流が流れることを防止することである。従って、負荷インピーダンスZLが大きくなるほど、突入電流は小さくなるため、出力電圧Voutの傾きαを大きくすることができる。一方、負荷インピーダンスZLが小さくなるほど、突入電流は大きくなるため、出力電圧Voutの傾きαを小さくする必要がある。

従って、傾き決定関数f(ZL)は、線形および非線形のいずれでもよいが、負荷インピーダンスZLに対して単調増加し、かつ、上述したようにf(ZL)≧１（ただし、ZL＞0）となる関数を採用する必要がある。例えば、傾き決定関数f(ZL)は、以下の式（５）乃至（８）に示される関数の定数a〜cを適切な値に設定することにより実現される。

f(ZL)＝a×ZL＋b ・・・（５）
f(ZL)＝a×ZL×ZL＋b×ZL＋c ・・・（６）
f(ZL)＝log_a(ZL)＋b ・・・（７）
f(ZL)＝a^ZL＋b ・・・（８）

なお、傾き決定関数f(ZL)を１種類に固定するようにしてもよいが、状況に応じて複数の傾き決定関数f(ZL)を使い分けるようにする方が、より望ましい。例えば、低圧負荷１０２の入力応答性により、傾き決定関数f(ZL)を使い分けるようにすることが考えられる。

具体的には、動作中の低圧負荷１０２が、高速な入力応答性を要求する場合、電力変換部１２１の出力電圧Voutを高速に立ち上げる必要がある。従って、負荷インピーダンスZLが小さくても傾き決定関数f(ZL)がある程度の大きさになるように、例えば、式（７）の関数を使用する。ただし、突入電流が低圧負荷１０２の許容範囲内になるように、実験などにより定数a、bを決定する必要がある。

一方、動作中の低圧負荷１０２が、あまり高速な入力応答性を要求しない場合、電力変換部１２１の出力電圧Voutをある程度ゆっくり立ち上げても構わない。従って、負荷インピーダンスZLが増加するに従い傾き決定関数f(ZL)が徐々に大きくなるように、例えば、式（５）の関数を使用する。なお、この場合も、突入電流が低圧負荷１０２の許容範囲内になるように、実験などにより定数a、bを決定する必要がある。

また、例えば、動作中の低圧負荷１０２の中に、高速な入力応答性を要求するものとしないものが混在する場合、突入電流の防止を優先し、ソフトスタートをゆっくり行うようにすることが望ましい。

なお、突入電流が許容範囲内に収まるように設計されていれば、例えば、式（５）または式（７）の関数のいずれかを選択する以外にも、両者の合成関数を用いたり、いずれかの関数で定数a、bを変更したり、全く別の関数を採用したりすることも可能である。

図１０の説明に戻り、ステップＳ１０３において、出力電圧制御部２５３は、出力電圧指令値Vmの制御を開始する。具体的には、出力電圧制御部２５３は、例えば、上述したステップＳ１２２において検出された低圧バッテリ１１３の端子電圧Vbを、出力電圧指令値Vmの初期値として設定する。そして、出力電圧制御部２５３は、設定した出力電圧指令値Vmを電力変換部１２１に供給する。

その後、出力電圧制御部２５３は、例えば、所定の単位時間Δt毎に、次式（９）により、出力電圧指令値Vmを更新し、電力変換部１２１に供給する。

Vm←Vm＋α×Δt ・・・（９）

電力変換部１２１は、出力電圧Voutが出力電圧指令値Vmになるように、高圧バッテリ１１１の電圧を降圧して、低圧バッテリ１１３および低圧負荷１０２に供給する。

ステップＳ１０４において、出力電圧制御部２５３は、電圧センサ２２２から供給される検出信号に基づいて、出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達したか否かを判定する。出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達していないと判定された場合、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、インピーダンス算出部２５１は、他のECU等からの情報に基づいて、低圧負荷１０２の状態が変化したか否かを判定する。低圧負荷１０２の状態が変化していないと判定された場合、処理はステップＳ１０４に戻る。その後、ステップＳ１０４において、出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達したと判定されるか、ステップＳ１０５において、低圧負荷１０２の状態が変化されたと判定されるまで、ステップＳ１０４およびＳ１０５の処理が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ１０５において、低圧負荷１０２の状態が変化したと判定された場合、例えば、低圧負荷１０２の一部が新たに起動したり、あるいは、停止したりした場合、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、インピーダンス算出部２５１は、負荷インピーダンス更新処理を実行する。ここで、図１２のフローチャートを参照して、負荷インピーダンス更新処理の詳細について説明する。

ステップＳ１４１において、インピーダンス算出部２５１は、電流センサ２２１から供給される検出信号に基づいて、電力変換部１２１の出力電流Ioutを検出する。

ステップＳ１４２において、インピーダンス算出部２５１は、電圧センサ２２２から供給される検出信号に基づいて、電力変換部１２１の出力電圧Voutを検出する。

ステップＳ１４３において、インピーダンス算出部２５１は、電流センサ２１２から供給される検出信号に基づいて、低圧バッテリ１１３のバッテリ電流Ibを検出する。

ステップＳ１４４において、インピーダンス算出部２５１は、負荷インピーダンスZLを算出する。具体的には、電力変換部１２１の出力電圧Voutがバッテリ電圧Vbを超えた場合、電力変換部１２１の出力電流Ioutは、低圧バッテリ１１３に供給される電流と、低圧負荷１０２に供給される電流に分岐する。このうち、低圧負荷１０２に供給される負荷電流ILは、電力変換部１２１の出力電流Ioutからバッテリ電流Ibを引くことにより算出することができる。

また、低圧バッテリ１１３と低圧負荷１０２は、電力変換部１２１に対して並列に接続されているため、電力変換部１２１の出力電圧Voutが、そのまま低圧バッテリ１１３と低圧負荷１０２に印加される。従って、低圧負荷１０２の負荷インピーダンスZLは、次式（１０）により算出することができる。

ZL＝Vout／IL＝Vout／(Iout−Ib) ・・・（１０）

インピーダンス算出部２５１は、更新した負荷インピーダンスZLを傾き設定部２５２に供給する。

その後、負荷インピーダンス更新処理は終了する。

図１０に戻り、ステップＳ１０７において、傾き設定部２５２は、出力電圧Voutの傾きαを更新する。すなわち、傾き設定部２５２は、上述した式（４）、および、更新された負荷インピーダンスZLに基づいて、出力電圧Voutの傾きαを再計算する。そして、傾き設定部２５２は、更新した傾きαを出力電圧制御部２５３に供給する。その後、更新した傾きαに基づいて、出力電圧指令値Vmの制御が行われる。

その後、処理はステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４において、出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達したと判定されるまで、ステップＳ１０４乃至Ｓ１０７の処理が繰り返し実行される。これにより、低圧負荷１０２の負荷インピーダンスZLの変化にリアルタイムに追従して出力電圧Voutの傾きαが更新され、更新された傾きαに基づいて、出力電圧指令値Vmが制御される。

一方、ステップＳ１０４において、出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達したと判定された場合、ソフトスタート制御処理は終了する。

以上のようにして、低圧負荷１０２の負荷インピーダンスZLの変化に応じて出力電圧Voutの傾きαが更新され、突入電流を許容範囲内に抑えつつ、出力電圧Voutが目標電圧Vtに到達するまでのソフトスタート時間を短縮することができる。

図１３および図１４は、DCDCコンバータ２１１のソフトスタート時の出力電圧Voutの時系列の変化の例を示すグラフである。なお、両図とも横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧Voutを示している。また、両図とも、出力電圧Voutの初期値が電圧Vmin、目標電圧Vtが電圧Vmaxである場合の例を示している。さらに、両図とも、実線が実際の出力電圧Voutの時系列の変化を示しており、点線は、比較対象として、傾きα0の場合の出力電圧Voutの時系列の変化を示している。

図１３は、ソフトスタート中に負荷インピーダンスZLが変化しなかった場合の例を示している。この場合、出力電圧Voutの傾きαは、傾きα0以上の傾きα1に設定されるため、ソフトスタート時間T1は、必ず最大許容時間Tmax以下となる。また、負荷インピーダンスZLが大きくなるほど、ソフトスタート時間T1が短縮される。

図１４は、ソフトスタート中の時刻T11において、負荷インピーダンスZLが減少した場合の例を示している。この場合、出力電圧Voutの傾きαは、時刻T11において、傾きα1から傾きα1より緩やかな傾きα2に更新される。これにより、負荷インピーダンスZLの減少による突入電流の発生が抑制される。また、傾きα2は傾きα0以上の値に設定されるため、ソフトスタート時間T12は、必ず最大許容時間Tmax以下となる。また、各期間の負荷インピーダンスZLが大きくなるほど、ソフトスタート時間T12が短縮される。

また、低圧負荷１０２の状態が変化したときのみ出力電圧Voutの傾きαの更新処理が行われるため、少ない演算量で、適切に傾きαを更新することができる。

＜３．変形例＞
以上の説明では、常に傾きα≧α0となるように傾きαを制御する例を示したが、傾きαを更新する際に、傾きαの許容範囲も更新するようにしてもよい。例えば、上述した図１４の時刻T11において傾きαを更新する際に、傾きαを傾きα0より小さく設定しても、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmaxの範囲内に収めることができる場合がある。

具体的には、図１５に示されるように、時刻T11における出力電圧Voutの値をV1とすると、時刻t11において、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmaxの範囲内に収めることが可能な傾きα0’（図内の一点鎖線で示される直線の傾き）は、次式（１１）となる。

α0'＝（Vmax−V1）／（Tmax−T11）・・・（１１）

すなわち、時刻T11において、傾きα≧α0’に設定すれば、ソフトスタート時間を最大許容時間Tmaxの範囲内に収めることができる。このように、傾きαの更新時に、傾きαの最小許容値も更新するようにしてもよい。

また、以上の説明では、低圧負荷１０２の状態が変化したときに傾きαを更新する例を示したが、例えば、負荷インピーダンスZLを定期的に算出するようにして、負荷インピーダンスZLの変化量が所定の閾値を超えた場合に、傾きαを更新するようにしてもよい。

さらに、傾きαを更新する際に、条件によって、傾き決定関数f(x)を切り替えるようにしてもよい。

また、最大許容時間Tmaxが短い場合には、ステップＳ１０５乃至Ｓ１０７の処理を省略し、出力電圧Voutの傾きαを更新しないようにしてもよい。

さらに、負荷インピーダンスZL以外の他のパラメータを用いたり、複数のパラメータを用いたりして、出力電圧Voutの傾きα等を制御するようにしてもよい。例えば、低温時と高温時では各種抵抗値が変化したり、低圧バッテリ１１３の特性が変化したりするため、温度に応じて傾き決定関数f(x)や出力電圧Voutに補正を加えることが考えられる。例えば、銅抵抗の温度係数は0.0044（/℃）程度であるから、高温時には配線抵抗値の増大による電圧降下を補償するため、出力電圧指令値Vmを上げたり、逆に、負荷インピーダンスZLの値から温度上昇による熱抵抗分を減じたりする補正が考えられる。

また、各ECU等から低圧負荷１０２の状態を取得する以外に、例えば、電動車両の起動時の低圧負荷１０２の起動シーケンスや応答性等を示す情報をDCDCコンバータ２１１自身が保持したり、他のECUに登録したりして、その情報に基づいて、出力電圧Voutの傾きαを制御するようにしてもよい。

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、ECUなど、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０１電源システム
１０２低圧負荷
１１１高圧バッテリ
１１２ DCDCコンバータ
１１３低圧バッテリ
１２１電力変換部
１２２制御部
２０１電源システム
２１１ DCDCコンバータ
２１２電流センサ
２２１電流センサ
２２２電圧センサ
２２３制御部
２５１インピーダンス算出部
２５２傾き設定部
２５３出力電圧制御部

Claims

入力される電圧を降圧してバッテリおよび負荷に供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
起動時に前記出力電圧を目標電圧に到達するまで徐々に増加させるソフトスタートを実行するとともに、前記電力変換手段の出力が停止されているときの前記バッテリの電流の検出値を取得し、前記電力変換手段の出力が停止されているときの前記バッテリの電流、および、前記電力変換手段の出力が停止されているときに前記電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧に基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御する電圧制御手段と
を備えることを特徴とするDCDCコンバータ。
前記電力変換手段の出力が停止されているときの前記バッテリの電圧および電流に基づいて、前記負荷のインピーダンスを算出する算出手段を
さらに備え、
前記電圧制御手段は、算出された前記負荷のインピーダンスに基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のDCDCコンバータ。
前記電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段を
さらに備え、
前記算出手段は、ソフトスタート中の前記バッテリの電流の検出値を取得するとともに、ソフトスタート中の前記出力電圧、前記出力電流、および、前記バッテリの電流に基づいて、前記負荷のインピーダンスを再計算し、
前記電圧制御手段は、再計算された前記負荷のインピーダンスに基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のDCDCコンバータ。
前記算出手段は、前記負荷の状態を示す情報を取得するとともに、前記負荷の状態が変化したときに前記負荷のインピーダンスを再計算する
ことを特徴とする請求項３に記載のDCDCコンバータ。
前記負荷のインピーダンスに基づいて、前記出力電圧の時間に対する変化率を設定する設定手段を
さらに備え、
前記電圧制御手段は、設定された前記変化率に基づいて、ソフトスタート中の前記出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のDCDCコンバータ。
前記設定手段は、ソフトスタートに要する時間が所定の最大許容時間となる場合の変化率以上の値に前記変化率を設定する
ことを特徴とする請求項５に記載のDCDCコンバータ。