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JP6935739B2 - Boost system - Google Patents
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Description

本発明は、昇圧システムに関する。 The present invention relates to a boosting system.

従来、この種の昇圧システムとしては、上アーム,下アームとしての第1,第2スイッチング素子と第1,第2ダイオードとリアクトルと有すると共にバッテリ側とモータ側との間で電圧変換を伴って電力のやりとりを行なうDC/DCコンバータを備える昇圧システムにおいて、第1,第2スイッチング素子のうちの何れか一方のみをオンオフ駆動する片アーム駆動と、第1,第2スイッチング素子の両方を互いに逆相でオンオフ駆動する両アーム駆動と、を切り替えて実行するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この昇圧システムでは、キャリア信号により定まるタイミングでリアクトルに流れる電流値をサンプリングし、サンプリングした電流値に基づいて片アーム駆動と両アーム駆動とを切り替える。 Conventionally, this type of boosting system has first and second switching elements as upper and lower arms, first and second diodes, and a reactor, and is accompanied by voltage conversion between the battery side and the motor side. In a booster system equipped with a DC / DC converter that exchanges power, one-arm drive that drives only one of the first and second switching elements on and off and both the first and second switching elements are reversed from each other. It has been proposed to switch between double-arm drive, which drives on and off in a phase, and to execute the drive (see, for example, Patent Document 1). In this boosting system, the current value flowing through the reactor is sampled at a timing determined by the carrier signal, and single-arm drive or double-arm drive is switched based on the sampled current value.

特開2014−147206号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-147206

こうした昇圧システムでは、片アーム駆動(片素子制御)から両アーム駆動(両素子制御)に切り替える際に、片アーム駆動でオンオフ駆動する一方のスイッチング素子(例えば、下アーム)をオフにするタイミングと、両アーム駆動で他方のスイッチング素子(例えば、上アーム)をオンにするタイミングとの間隔が短いと、モータ側(電気負荷側)の電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡する可能性がある。 In such a boosting system, when switching from single-arm drive (single-element control) to double-arm drive (double-element control), the timing of turning off one switching element (for example, the lower arm) that is driven on and off by single-arm drive If the interval between the timing of turning on the other switching element (for example, the upper arm) is short in driving both arms, the positive electrode side line and the negative electrode side line of the power line on the motor side (electrical load side) may be short-circuited. There is sex.

本発明の昇圧システムは、片素子制御から両素子制御に切り替える際に、電気負荷側の電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを抑制することを主目的とする。 The main purpose of the boosting system of the present invention is to prevent a short circuit between the positive electrode side line and the negative electrode side line of the power line on the electric load side when switching from single element control to double element control.

本発明の昇圧システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The booster system of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.

本発明の昇圧システムは、
上アーム,下アームとしての第1,第2スイッチング素子と第1,第2ダイオードとリアクトルとを有し、電源側と電気負荷側との間で電圧変換を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
デューティ指令と昇圧キャリアとの比較結果に基づいて、昇降圧コンバータの制御として、前記第1,第2スイッチング素子のうちの何れか1つだけをスイッチングする片素子制御または前記第1,第2スイッチング素子の両方をスイッチングする両素子制御を実行する制御装置と、
を備える昇圧システムであって、
前記制御装置は、前記片素子制御から前記両素子制御に切り替える際において、前記デューティ指令が閾値以上のときには、前記昇圧キャリアの極小値のタイミングで前記片素子制御から前記両素子制御に切り替え、前記デューティ指令が前記閾値未満のときには、前記昇圧キャリアの極大値のタイミングで前記片素子制御から前記両素子制御に切り替える、
ことを要旨とする。
The booster system of the present invention
A buck-boost that has first and second switching elements as upper and lower arms, first and second diodes, and a reactor, and exchanges power with voltage conversion between the power supply side and the electric load side. With a converter
As the control of the buck-boost converter based on the comparison result between the duty command and the step-up carrier, one-element control that switches only one of the first and second switching elements or the first and second switching elements. A control device that executes both element control that switches both elements,
It is a booster system equipped with
When switching from the one-element control to the two-element control, the control device switches from the one-element control to the two-element control at the timing of the minimum value of the boost carrier when the duty command is equal to or higher than the threshold value. When the duty command is less than the threshold value, the single element control is switched to the double element control at the timing of the maximum value of the boost carrier.
The gist is that.

この本発明の昇圧システムでは、デューティ指令と昇圧キャリアとの比較結果に基づいて、昇降圧コンバータの制御として、第1,第2スイッチング素子のうちの何れか1つだけをスイッチングする片素子制御または第1,第2スイッチング素子の両方をスイッチングする両素子制御を実行する。ここで、デューティ指令は、両素子制御では、デッドタイムを考慮しないときの第1スイッチング素子のオン時間とオフ時間との和に対するオン時間の割合(第2スイッチング素子のオン時間とオフ時間との和に対するオフ時間の割合)に相当し、片素子制御のうち第1スイッチング素子だけをスイッチングする制御では、第1スイッチング素子のオン時間とオフ時間との和に対するオン時間の割合に相当し、片素子制御のうち第2スイッチング素子だけをスイッチングする制御では、第2スイッチング素子のオン時間とオフ時間との和に対するオフ時間の割合に相当する。また、両素子制御では、上下アームの同時オンを回避するためにデッドタイムを設け、片素子制御では、上下アームの同時オンが生じないからデッドタイムを設けない。そして、片素子制御から両素子制御に切り替える際において、デューティ指令が閾値以上のときには、昇圧キャリアの極小値(谷)のタイミングで片素子制御から両素子制御に切り替え、デューティ指令が閾値未満のときには、昇圧キャリアの極大値(山)のタイミングで片素子制御から両素子制御に切り替える。こうした制御により、片素子制御から両素子制御に切り替える際に、片素子制御でスイッチングする一方のスイッチング素子(例えば、下アーム)をオフにするタイミングと、両素子制御で他方のスイッチング素子(例えば、上アーム)をオンにするタイミングと、の間隔が短くなり過ぎるのを抑制し、電気負荷側の電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを抑制することができる。 In the booster system of the present invention, one-element control that switches only one of the first and second switching elements or one-element control that switches only one of the first and second switching elements as the control of the buck-boost converter based on the comparison result between the duty command and the boost carrier. Both element control for switching both the first and second switching elements is executed. Here, the duty command is the ratio of the on-time to the sum of the on-time and the off-time of the first switching element (the on-time and the off-time of the second switching element) when the dead time is not taken into consideration in both element control. In the control that switches only the first switching element in the one-element control, it corresponds to the ratio of the on-time to the sum of the on-time and the off-time of the first switching element. In the element control in which only the second switching element is switched, it corresponds to the ratio of the off time to the sum of the on time and the off time of the second switching element. Further, in the dual element control, a dead time is provided in order to avoid the simultaneous on of the upper and lower arms, and in the single element control, the dead time is not provided because the upper and lower arms are not turned on at the same time. When switching from single-element control to double-element control, when the duty command is equal to or greater than the threshold value, the single-element control is switched to double-element control at the timing of the minimum value (valley) of the boost carrier, and when the duty command is less than the threshold value. , Switch from single element control to double element control at the timing of the maximum value (mountain) of the boost carrier. By such control, when switching from one-element control to two-element control, the timing of turning off one switching element (for example, the lower arm) that is switched by one-element control and the other switching element (for example, for example) by both-element control. It is possible to prevent the interval between the timing of turning on the upper arm) and the interval from becoming too short, and to prevent the positive electrode side line and the negative electrode side line of the electric load side power line from being short-circuited.

本発明の一実施例としての昇圧システムを搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the structure of the electric vehicle 20 which mounts the boosting system as one Example of this invention. デューティ指令D*、昇圧キャリア、スイッチング指令、両素子制御や下側片素子制御での上下アームの状態の様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state of the upper and lower arms in duty command D *, a step-up carrier, a switching command, both element control, and lower single element control. デューティ指令D*、昇圧キャリア、スイッチング指令、両素子制御や上側片素子制御での上下アームの状態の様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state of the upper and lower arms in duty command D *, a step-up carrier, a switching command, both element control, and upper single element control. 電子制御ユニット50により実行される制御切替ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control switching routine executed by an electronic control unit 50. デューティ指令D*が閾値Dref未満のときに下側片素子制御から両素子制御に切り替える際の様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state of switching from the lower single element control to the double element control when the duty command D * is less than the threshold value Dreff. デューティ指令D*が閾値Dref以上のときに上側片素子制御から両素子制御に切り替える際の様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state of switching from the upper single element control to the double element control when the duty command D * is equal to or more than a threshold value Dreff.

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to examples.

図1は、本発明の一実施例としての昇圧システムを搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、電源としてのバッテリ36と、昇降圧コンバータ40と、電子制御ユニット50と、を備える。実施例の「昇圧システム」としては、主として、昇降圧コンバータ40および電子制御ユニット50が該当する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an electric vehicle 20 equipped with a boosting system as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the electric vehicle 20 of the embodiment includes a motor 32, an inverter 34, a battery 36 as a power source, a buck-boost converter 40, and an electronic control unit 50. The "boost-boosting system" of the embodiment mainly corresponds to the buck-boost converter 40 and the electronic control unit 50.

モータ32は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。 The motor 32 is configured as a synchronous generator motor, and includes a rotor in which a permanent magnet is embedded and a stator in which a three-phase coil is wound. The rotor of the motor 32 is connected to a drive shaft 26 connected to the drive wheels 22a and 22b via a differential gear 24.

インバータ34は、モータ32の駆動に用いられる。このインバータ34は、高電圧側電力ライン42を介して昇降圧コンバータ40に接続されており、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16と、6つのトランジスタT11〜T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ32の三相コイル(U相,V相,W相のコイル)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット50によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32が回転駆動される。高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ46が取り付けられている。 The inverter 34 is used to drive the motor 32. The inverter 34 is connected to the buck-boost converter 40 via a high-voltage side power line 42, and is connected in parallel to each of the transistors T11 to T16 as six switching elements and the six transistors T11 to T16. It has six diodes D11 to D16. Two transistors T11 to T16 are arranged in pairs so as to be on the source side and the sink side with respect to the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42, respectively. Further, each of the three-phase coils (U-phase, V-phase, and W-phase coils) of the motor 32 is connected to each of the connection points between the transistors paired with the transistors T11 to T16. Therefore, when a voltage is applied to the inverter 34, the electronic control unit 50 adjusts the ratio of the on-time of the paired transistors T11 to T16, so that a rotating magnetic field is formed in the three-phase coil and the motor. 32 is rotationally driven. A smoothing capacitor 46 is attached to the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42.

バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン44を介して昇降圧コンバータ40に接続されている。低電圧側電力ライン44の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ48が取り付けられている。 The battery 36 is configured as, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery, and is connected to the buck-boost converter 40 via a low voltage side power line 44. A smoothing capacitor 48 is attached to the positive electrode side line and the negative electrode side line of the low voltage side power line 44.

昇降圧コンバータ40は、高電圧側電力ライン42と低電圧側電力ライン44とに接続されており、2つのトランジスタT31,T32と、2つのトランジスタT31,T32のそれぞれに並列に接続された2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLと、を有する。トランジスタT31は、高電圧側電力ライン42の正極側ラインに接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と、高電圧側電力ライン42および低電圧側電力ライン44の負極側ラインと、に接続されている。リアクトルLは、トランジスタT31,T32同士の接続点と、低電圧側電力ライン44の正極側ラインと、に接続されている。昇降圧コンバータ40は、電子制御ユニット50によって、トランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン44の電力を昇圧して高電圧側電力ライン42に供給したり、高電圧側電力ライン42の電力を降圧して低電圧側電力ライン44に供給したりする。以下、トランジスタT31,T32をそれぞれ「上アーム」,「下アーム」ということがある。 The buck-boost converter 40 is connected to the high-voltage side power line 42 and the low-voltage side power line 44, and is connected in parallel to the two transistors T31 and T32 and the two transistors T31 and T32, respectively. It has diodes D31 and D32 and a reactor L. The transistor T31 is connected to the positive electrode side line of the high voltage side power line 42. The transistor T32 is connected to the transistor T31 and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42 and the low voltage side power line 44. The reactor L is connected to a connection point between the transistors T31 and T32 and a positive electrode side line of the low voltage side power line 44. The buck-boost converter 40 boosts the power of the low-voltage side power line 44 and supplies it to the high-voltage side power line 42 by adjusting the ratio of the on-time of the transistors T31 and T32 by the electronic control unit 50. , The power of the high voltage side power line 42 is stepped down and supplied to the low voltage side power line 44. Hereinafter, the transistors T31 and T32 may be referred to as an "upper arm" and a "lower arm", respectively.

電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU52に加えて、処理プログラムを記憶するROM54や、データを一時的に記憶するRAM56、入出力ポートを備える。電子制御ユニット50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ(例えばレゾルバ)32aからの回転位置θmや、モータ32の各相の相電流を検出する電流センサ32u,32vからの相電流Iu,Ivを挙げることができる。また、バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ36aからの電圧Vbや、バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ36bからの電流Ibも挙げることができる。さらに、リアクトルLに直列に取り付けられた電流センサ40aからの電流ILや、コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからのコンデンサ46(高電圧側電力ライン42)の電圧VH、コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからのコンデンサ48(低電圧側電力ライン44)の電圧VLも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号や、シフトレバー61の操作位置を検出するシフトポジションセンサ62からのシフトポジションSPも挙げることができる。また、アクセルペダル63の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ64からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル65の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ66からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ68からの車速Vも挙げることができる。 The electronic control unit 50 is configured as a microprocessor centered on a CPU 52, and includes a ROM 54 for storing a processing program, a RAM 56 for temporarily storing data, and an input / output port in addition to the CPU 52. Signals from various sensors are input to the electronic control unit 50 via input ports. As the signal input to the electronic control unit 50, for example, the rotation position θm from the rotation position detection sensor (for example, resolver) 32a that detects the rotation position of the rotor of the motor 32, and the phase current of each phase of the motor 32 are used. The phase currents Iu and Iv from the current sensors 32u and 32v to be detected can be mentioned. Further, the voltage Vb from the voltage sensor 36a attached between the terminals of the battery 36 and the current Ib from the current sensor 36b attached to the output terminal of the battery 36 can also be mentioned. Further, the current IL from the current sensor 40a attached in series with the reactor L, the voltage VH of the capacitor 46 (high voltage side power line 42) from the voltage sensor 46a attached between the terminals of the capacitor 46, and the capacitor 48. The voltage VL of the capacitor 48 (low voltage side power line 44) from the voltage sensor 48a attached between the terminals can also be mentioned. In addition, the ignition signal from the ignition switch 60 and the shift position SP from the shift position sensor 62 that detects the operation position of the shift lever 61 can also be mentioned. Further, the accelerator opening Acc from the accelerator pedal position sensor 64 that detects the depression amount of the accelerator pedal 63, the brake pedal position BP from the brake pedal position sensor 66 that detects the depression amount of the brake pedal 65, and the vehicle speed sensor 68. The vehicle speed V can also be mentioned.

電子制御ユニット50からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット50から出力される信号としては、例えば、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号や、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや回転数Nmを演算している。また、電子制御ユニット50は、電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ36の蓄電割合SOCを演算している。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ36の全容量に対するバッテリ36の蓄電量(放電可能な電力量)の割合である。 Various control signals are output from the electronic control unit 50 via the output port. Examples of the signal output from the electronic control unit 50 include a switching control signal for the transistors T11 to T16 of the inverter 34 and a switching control signal for the transistors T31 and T32 of the buck-boost converter 40. The electronic control unit 50 calculates the electric angle θe and the rotation speed Nm of the motor 32 based on the rotation position θm of the rotor of the motor 32 from the rotation position detection sensor 32a. Further, the electronic control unit 50 calculates the storage ratio SOC of the battery 36 based on the integrated value of the current Ib of the battery 36 from the current sensor 36b. Here, the storage ratio SOC is the ratio of the storage amount (dischargeable power amount) of the battery 36 to the total capacity of the battery 36.

こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット50は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸26に要求される要求トルクTd*を設定し、設定した要求トルクTd*をモータ32のトルク指令Tm*に設定し、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。また、電子制御ユニット50は、モータ32をトルク指令Tm*で駆動できるように高電圧側電力ライン42の目標電圧VH*を設定し、高電圧側電力ライン42の電圧VHと目標電圧VH*との差分が打ち消されるようにデューティ指令D*を設定し、設定したデューティ指令D*と昇圧キャリアとの比較結果に基づいて、昇降圧コンバータ40の制御として、両素子制御または片素子制御(上側片素子制御または下側片素子制御)を実行する。 In the electric vehicle 20 of the embodiment configured in this way, the electronic control unit 50 sets the required torque Td * required for the drive shaft 26 based on the accelerator opening degree Acc and the vehicle speed V, and sets the required torque Td *. Is set to the torque command Tm * of the motor 32, and switching control of the transistors T11 to T16 of the inverter 34 is performed so that the motor 32 is driven by the torque command Tm *. Further, the electronic control unit 50 sets the target voltage VH * of the high voltage side power line 42 so that the motor 32 can be driven by the torque command Tm *, and sets the voltage VH and the target voltage VH * of the high voltage side power line 42. The duty command D * is set so that the difference between the two elements is canceled, and based on the comparison result between the set duty command D * and the boost carrier, the buck-boost converter 40 is controlled by both element control or one element control (upper piece). Element control or lower single element control) is executed.

ここで、両素子制御は、上下アーム(トランジスタT31,T32)の両方をスイッチングする制御であり、片素子制御は、上下アームのうちの1つだけをスイッチングする制御である。上側片素子制御は、上下アームのうち上アームだけをスイッチングする制御であり、下側片素子制御は、上下アームのうち下アームだけをスイッチングする制御である。 Here, the dual element control is a control for switching both the upper and lower arms (transistors T31 and T32), and the single element control is a control for switching only one of the upper and lower arms. The upper single element control is a control that switches only the upper arm of the upper and lower arms, and the lower single element control is a control that switches only the lower arm of the upper and lower arms.

また、デューティ指令D*は、両素子制御では、デッドタイムを考慮しないときの上アーム(トランジスタT31)のオン時間とオフ時間との和に対するオン時間の割合(下アーム(トランジスタT32)のオン時間とオフ時間との和に対するオフ時間の割合)に相当し、デューティ指令D*は、上側片素子制御では、上アームのオン時間とオフ時間との和に対するオン時間の割合に相当し、下側片素子制御では、下アームのオン時間とオフ時間との和に対するオフ時間の割合に相当する。また、両素子制御では、上下アームの同時オン(高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとの短絡)を回避するために、デッドタイムDTを設け、上側片素子制御や下側片素子制御では、上下アームの同時オンが生じないから、デッドタイムDTを設けないものとした。 Further, the duty command D * is the ratio of the on-time to the sum of the on-time and the off-time of the upper arm (transistor T31) when the dead time is not taken into consideration in the control of both elements (the on-time of the lower arm (transistor T32)). The duty command D * corresponds to the ratio of the off time to the sum of the on time and the off time of the upper arm, and the duty command D * corresponds to the ratio of the on time to the sum of the on time and the off time of the upper arm in the upper single element control. In one-element control, it corresponds to the ratio of the off time to the sum of the on time and the off time of the lower arm. Further, in both element control, a dead time DT is provided in order to avoid simultaneous on of the upper and lower arms (short circuit between the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42), and the upper single element control and the lower side are provided. In the single element control, since the upper and lower arms are not turned on at the same time, the dead time DT is not provided.

さらに、実施例では、昇降圧コンバータ40のリアクトルLの電流ILの絶対値が閾値ILref以下のときには、両素子制御を実行し、リアクトルLの電流ILの絶対値が閾値ILrefよりも大きく且つリアクトルLの電流ILが正のときには、片素子制御のうちトランジスタT32だけをスイッチングする下側片素子制御を実行し、リアクトルLの電流ILの絶対値が閾値ILrefよりも大きく且つリアクトルLの電流ILが負のときには、片素子制御のうちトランジスタT31だけをスイッチングする上側片素子制御を実行するものとした。 Further, in the embodiment, when the absolute value of the current IL of the reactor L of the buck-boost converter 40 is equal to or less than the threshold ILref, both element control is executed, and the absolute value of the current IL of the reactor L is larger than the threshold ILref and the reactor L When the current IL of is positive, the lower one-element control that switches only the transistor T32 in the one-element control is executed, the absolute value of the current IL of the reactor L is larger than the threshold ILref, and the current IL of the reactor L is negative. At this time, the upper single-element control that switches only the transistor T31 among the single-element controls is executed.

図2は、デューティ指令D*、昇圧キャリア、スイッチング指令、両素子制御や下側片素子制御での上下アーム(トランジスタT31,T32)の状態の様子の一例を示す説明図である。図3は、デューティ指令D*、昇圧キャリア、スイッチング指令、両素子制御や上側片素子制御での上下アームの状態の様子の一例を示す説明図である。図2および図3のスイッチング指令は、デューティ指令D*が昇圧キャリア以上のときにオンになると共にデューティ指令D*が昇圧キャリア未満のときにオフになる指令であり、上側片素子制御における上アームの状態(図3参照)がこのスイッチング指令と同一になる。上述したと共に図2や図3に示すように、両素子制御では、デッドタイムDTが設けられ、上側片素子制御や下側片素子制御では、デッドタイムDTが設けられない。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the state of the upper and lower arms (transistors T31 and T32) in the duty command D *, the boost carrier, the switching command, the control of both elements and the control of the lower single element. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the state of the upper and lower arms in the duty command D *, the boost carrier, the switching command, the control of both elements, and the control of the upper single element. The switching command of FIGS. 2 and 3 is a command that turns on when the duty command D * is equal to or higher than the boost carrier and turns off when the duty command D * is less than the boost carrier. (See FIG. 3) is the same as this switching command. As described above and as shown in FIGS. 2 and 3, a dead time DT is provided in both element control, and a dead time DT is not provided in the upper single element control and the lower single element control.

次に、こうして構成された実施例の電気自動車20に搭載される昇圧システムの動作、特に、片素子制御(上側片素子制御または下側片素子制御)から両素子制御に切り替える際の動作について説明する。図4は、電子制御ユニット50により実行される制御切替ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、片素子制御から両素子制御への切替要求が行なわれたとき(リアクトルLの電流ILの絶対値が閾値ILref以下になったとき)に実行される。 Next, the operation of the boosting system mounted on the electric vehicle 20 of the embodiment configured in this manner, particularly the operation when switching from single-element control (upper single-element control or lower single-element control) to double-element control will be described. do. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a control switching routine executed by the electronic control unit 50. This routine is executed when a request for switching from single-element control to double-element control is made (when the absolute value of the current IL of the reactor L becomes equal to or less than the threshold value ILref).

図4の制御切替ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、デューティ指令D*を入力し(ステップS100)、入力したデューティ指令D*を閾値Drefと比較する(ステップS110)。ここで、閾値Drefとしては、0.5付近の値、例えば、0.4や0.5、0.6などが用いられる。 When the control switching routine of FIG. 4 is executed, the electronic control unit 50 inputs the duty command D * (step S100) and compares the input duty command D * with the threshold value Dref (step S110). Here, as the threshold value Dr, a value near 0.5, for example, 0.4, 0.5, 0.6, or the like is used.

デューティ指令D*が閾値Dref以上のときには、切替タイミングに昇圧キャリアの谷(極小値)のタイミングを設定し(ステップS120)、デューティ指令D*が閾値Dref未満のときには、切替タイミングに昇圧キャリアの山(極大値)のタイミングを設定する(ステップS130)。そして、切替タイミングに至ったときに、片素子制御から両素子制御に切り替えて(ステップS140)、本ルーチンを終了する。 When the duty command D * is equal to or higher than the threshold value Dref, the timing of the step-up carrier valley (minimum value) is set in the switching timing (step S120), and when the duty command D * is less than the threshold value Dref, the step-up carrier peak is set in the switching timing. The timing of (maximum value) is set (step S130). Then, when the switching timing is reached, the single element control is switched to the double element control (step S140), and this routine is terminated.

図5は、デューティ指令D*が閾値Dref未満のときに下側片素子制御から両素子制御に切り替える際の様子の一例を示す説明図である。変形例では、図5の中段に示すように、昇圧キャリアの谷(極小値)のタイミングで下側片素子制御から両素子制御に切り替えることにより、下アームをオフにするタイミングと上アームをオンにするタイミングとの間隔ΔTが上述のデッドタイムDTよりも短くなっている。この間隔が短くなると、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡する可能性がある。これに対して、実施例では、図5の下段に示すように、昇圧キャリアの山(極大値)のタイミングで下側片素子制御から両素子制御に切り替えることにより、下アームをオフにするタイミングと上アームをオンにするタイミングとをデッドタイムDTだけずらすことができ、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを抑制することができる。なお、デューティ指令D*が閾値Dref未満のときに上側片素子制御から両素子制御に切り替える際には、昇圧キャリアの谷で切り替えると、切替前後で上アームのオンが継続することになり、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡する可能性は十分に低いことから、昇圧キャリアの谷および山の何れで切り替えてもよいと考えられる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a state in which the lower single element control is switched to the double element control when the duty command D * is less than the threshold value Dreff. In the modified example, as shown in the middle part of FIG. 5, the lower arm is turned off and the upper arm is turned on by switching from the lower single element control to the double element control at the timing of the valley (minimum value) of the boost carrier. The interval ΔT with the timing of setting is shorter than the above-mentioned dead time DT. If this interval is shortened, the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42 may be short-circuited. On the other hand, in the embodiment, as shown in the lower part of FIG. 5, the timing of turning off the lower arm by switching from the lower single element control to the double element control at the timing of the peak (maximum value) of the boost carrier. And the timing of turning on the upper arm can be shifted by the dead time DT, and it is possible to suppress a short circuit between the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42. When switching from the upper single element control to the double element control when the duty command D * is less than the threshold Dref, if the switch is made at the valley of the boost carrier, the upper arm will continue to be turned on before and after the switch, which is high. Since the possibility that the positive electrode side line and the negative electrode side line of the voltage side power line 42 are short-circuited is sufficiently low, it is considered that switching may be performed at either the valley or the peak of the boost carrier.

図6は、デューティ指令D*が閾値Dref以上のときに上側片素子制御から両素子制御に切り替える際の様子の一例を示す説明図である。変形例では、図6の中段に示すように、昇圧キャリアの山(極大値)のタイミングで上側片素子制御から両素子制御に切り替えることにより、上アームをオフにするタイミングと下アームをオンにするタイミングとの間隔ΔT2が上述のデッドタイムDTよりも短くなっている。この間隔が短くなると、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡する可能性がある。これに対して、実施例では、図6の下段に示すように、昇圧キャリアの谷(極小値)のタイミングで上側片素子制御から両素子制御に切り替えることにより、上アームをオフにするタイミングと下アームをオンにするタイミングとをデッドタイムDTだけずらすことができ、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを抑制することができる。なお、デューティ指令D*が閾値Dref以上のときに下側片素子制御から両素子制御に切り替える際には、昇圧キャリアの山で切り替えると、切替前後で下アームのオンが継続することになり、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡する可能性は十分に低いことから、昇圧キャリアの山および谷の何れで切り替えてもよいと考えられる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a state in which the upper single element control is switched to the double element control when the duty command D * is equal to or higher than the threshold value Dreff. In the modified example, as shown in the middle part of FIG. 6, by switching from the upper single element control to the double element control at the timing of the peak (maximum value) of the boost carrier, the upper arm is turned off and the lower arm is turned on. The interval ΔT2 from the timing to be performed is shorter than the above-mentioned dead time DT. If this interval is shortened, the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42 may be short-circuited. On the other hand, in the embodiment, as shown in the lower part of FIG. 6, the upper arm is turned off by switching from the upper single element control to the double element control at the timing of the valley (minimum value) of the boost carrier. The timing at which the lower arm is turned on can be shifted by the dead time DT, and it is possible to suppress a short circuit between the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42. When switching from the lower single element control to the double element control when the duty command D * is equal to or higher than the threshold Dref, if the switch is made at the peak of the boost carrier, the lower arm will continue to be turned on before and after the switching. Since the possibility that the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42 are short-circuited is sufficiently low, it is considered that switching may be performed at either the peak or the valley of the boost carrier.

以上説明した実施例の電気自動車20に搭載される昇圧システムでは、片素子制御(上側片素子制御または下側片素子制御)から両素子制御に切り替える際において、デューティ指令D*が閾値Dref以上のときには、昇圧キャリアの谷(極小値)のタイミングで片素子制御から両素子制御に切り替え、デューティ指令D*が閾値Dref未満のときには、昇圧キャリアの山(極大値)のタイミングで片素子制御から両素子制御に切り替える。これにより、下側片素子制御から両素子制御に切り替える際における下アームをオフにするタイミングと上アームをオンにするタイミングとの間隔や、上側片素子制御から両素子制御に切り替える際における上アームをオフにするタイミングと下アームをオンにするタイミングとの間隔がデッドタイムDTよりも短くなるのを抑制することができる。この結果、高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを抑制することができる。 In the booster system mounted on the electric vehicle 20 of the above-described embodiment, when switching from single-element control (upper single-element control or lower single-element control) to double-element control, the duty command D * is equal to or higher than the threshold value Dref. Occasionally, single-element control is switched to double-element control at the timing of the valley of the boost carrier (minimum value), and when the duty command D * is less than the threshold value Dref, both are changed from single-element control at the timing of the peak (maximum value) of the boost carrier. Switch to element control. As a result, the interval between the timing when the lower arm is turned off and the timing when the upper arm is turned on when switching from the lower single element control to the dual element control, and the upper arm when switching from the upper single element control to the dual element control. It is possible to suppress that the interval between the timing of turning off and the timing of turning on the lower arm becomes shorter than the dead time DT. As a result, it is possible to prevent the positive electrode side line and the negative electrode side line of the high voltage side power line 42 from being short-circuited.

実施例では、モータ32を備える電気自動車20に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータ32に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の形態としてもよい。 In the embodiment, the drive device is mounted on the electric vehicle 20 including the motor 32. However, it may be in the form of a drive device mounted on a hybrid vehicle including an engine in addition to the motor 32, or may be in the form of a drive device mounted on a moving body such as a vehicle, a ship, or an aircraft other than the automobile. It may be in the form of a drive device mounted on non-moving equipment such as construction equipment.

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、昇降圧コンバータ40が「昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット50が「制御装置」に相当する。 The correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the buck-boost converter 40 corresponds to a "boost converter" and the electronic control unit 50 corresponds to a "control device".

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 Regarding the correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem, the invention described in the column of means for solving the problem in the examples is carried out. Since it is an example for specifically explaining the form for solving the problem, the elements of the invention described in the column of means for solving the problem are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be performed based on the description in the column, and the examples are the inventions described in the column of means for solving the problem. It is just a concrete example.

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to examples, the present invention is not limited to these examples, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be done.

本発明は、昇圧システムの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of boosting systems and the like.

20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、32u,32v 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、36a 電圧センサ、36b 電流センサ、40 昇圧コンバータ、40a 電流センサ、42 高電圧側電力ライン、44 低電圧側電力ライン、46,48 コンデンサ、46a,48a 電圧センサ、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、60 イグニッションスイッチ、61 シフトレバー、62 シフトポジションセンサ、63 アクセルペダル、64 アクセルペダルポジションセンサ、65 ブレーキペダル、66 ブレーキペダルポジションセンサ、68 車速センサ、D11〜D16,D31,D32 ダイオード、L リアクトル、T11〜T16,T31,T32 トランジスタ。 20 electric vehicle, 22a, 22b drive wheel, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 32a rotation position detection sensor, 32u, 32v current sensor, 34 inverter, 36 battery, 36a voltage sensor, 36b current sensor, 40 boost converter , 40a current sensor, 42 high voltage side power line, 44 low voltage side power line, 46,48 condenser, 46a, 48a voltage sensor, 50 electronic control unit, 52 CPU, 54 ROM, 56 RAM, 60 ignition switch, 61 shift Lever, 62 shift position sensor, 63 accelerator pedal, 64 accelerator pedal position sensor, 65 brake pedal, 66 brake pedal position sensor, 68 vehicle speed sensor, D11 to D16, D31, D32 diode, L reactor, T11 to T16, T31, T32 Transistor.

Claims (1)

上アーム,下アームとしての第1,第2スイッチング素子と第1,第2ダイオードとリアクトルとを有し、電源側と電気負荷側との間で電圧変換を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
デューティ指令と昇圧キャリアとの比較結果に基づいて、昇降圧コンバータの制御として、前記第1,第2スイッチング素子のうちの何れか1つだけをスイッチングする片素子制御または前記第1,第2スイッチング素子の両方をスイッチングする両素子制御を実行する制御装置と、
を備える昇圧システムであって、
前記制御装置は、前記片素子制御から前記両素子制御に切り替える際において、前記デューティ指令が閾値以上のときには、前記昇圧キャリアの極小値のタイミングで前記片素子制御から前記両素子制御に切り替え、前記デューティ指令が前記閾値未満のときには、前記昇圧キャリアの極大値のタイミングで前記片素子制御から前記両素子制御に切り替える、
昇圧システム。
A buck-boost that has first and second switching elements as upper and lower arms, first and second diodes, and a reactor, and exchanges power with voltage conversion between the power supply side and the electric load side. With a converter
As the control of the buck-boost converter based on the comparison result between the duty command and the step-up carrier, one-element control that switches only one of the first and second switching elements or the first and second switching elements. A control device that executes both element control that switches both elements,
It is a booster system equipped with
When switching from the one-element control to the two-element control, the control device switches from the one-element control to the two-element control at the timing of the minimum value of the boost carrier when the duty command is equal to or higher than the threshold value. When the duty command is less than the threshold value, the single element control is switched to the double element control at the timing of the maximum value of the boost carrier.
Boost system.
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