特開 2024-179832 昇降圧コンバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179832

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】昇降圧コンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 W

H02M3/155 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099042

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】早川 雅文

(72)【発明者】

【氏名】池田 航介

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS13

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB57

5H730BB82

5H730BB88

5H730DD03

5H730DD16

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD41

5H730FG05

(57)【要約】

【課題】複数のコンバータ回路（以下「回路」）が並列に接続された昇降圧コンバータにおいて、特定の回路への電流集中を抑制する。
【解決手段】各回路は、低電圧端、高電圧端、並列に接続されている上ＳＷ素子と下ＳＷ素子、リアクトルを備える。コントローラは次の処理を実行する。（１）低電圧端の目標電圧VLTに対応する指令デューティ比dutyTを決定する。（２）各回路に対して、dutyTの上ＳＷ駆動信号とその反転信号を上ＳＷ素子と下ＳＷ素子に与え、残りの回路を停止した状態で、低電圧端と高電圧端の電圧とVLTと制御周期SWtime01からデッドタイムずれDT(i)を求める。（３）各回路の補正値dutyC(i)＝DT(i)/SWtime02を計算する。（４）各回路に対してデューティ比（dutyT＋dutyC(i)）を有する補正上ＳＷ駆動信号とその反転信号を上ＳＷ素子と下ＳＷ素子に与え、全ての回路を駆動する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

並列に接続されているＮ個のコンバータ回路と、
Ｎ個の前記コンバータ回路を制御するコントローラと、
を備えており、
それぞれの前記コンバータ回路は、
低電圧端と、
高電圧端と、
前記高電圧端とグランド線の間に直列に接続されている２個のスイッチング素子であって、前記高電圧端に接続されている上スイッチング素子と、前記グランド線に接続されている下スイッチング素子と、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の直列接続の中点と前記低電圧端との間に接続されているリアクトルと、
前記低電圧端と前記グランド線の間の電圧を計測する低電圧センサと、
前記高電圧端と前記グランド線の間の電圧を計測する高電圧センサと、
を備えており、
前記コントローラは、
（１）前記低電圧端の目標電圧ＶＬＴを実現するための前記上スイッチング素子に対する指令デューティ比ｄｕｔｙＴを決定し、
（２）ｉ番目の前記コンバータ回路に対して、前記指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号を前記上スイッチング素子に与えるとともに、前記上ＳＷ駆動信号を反転させた下ＳＷ駆動信号を前記下スイッチング素子に与えつつ、残りの前記コンバータ回路を停止した状態で、
ｄＤＴ（ｉ）＝｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝×ＳＷｔｉｍｅ０１
ただし、
ｉ：１からＮまでの自然数
ｄＤＴ（ｉ）：ｉ番目のコンバータ回路のデッドタイムずれ
ＶＬＳ：低電圧センサの計測値
ＶＨＳ：高電圧センサの計測値
ＳＷｔｉｍｅ０１：電圧センサの計測値取得時の上ＳＷ駆動信号の制御周期
を計算し、
（３）ｉ番目の前記コンバータ回路に対して、前記指令デューティ比ｄｕｔｙＴにｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２（ただし、ＳＷｔｉｍｅ０２は、ｄＤＴ（ｉ）の算出後に前記コンバータ回路を駆動するときの上ＳＷ駆動信号の制御周期）を加えたデューティ比を有する補正上ＳＷ駆動信号を前記上スイッチング素子に与えるとともに前記補正上ＳＷ駆動信号を反転させた補正下ＳＷ駆動信号を前記下スイッチング素子に与えつつ、全ての前記コンバータ回路を同時並列に駆動する、
昇降圧コンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、複数のコンバータ回路が並列に接続された昇降圧コンバータに関する。各コンバータ回路は、低電圧端と高電圧端を有しており、低電圧端から高電圧端へ電圧を昇圧する機能と、高電圧端から低電圧端へ電圧を降圧する機能を備える。

【背景技術】

【0002】

昇降圧コンバータは、直列に接続された２個のスイッチング素子と、リアクトルを備える。２個のスイッチング素子は、高電圧端とグランドの間に接続される。説明の便宜上、高電圧端に接続されるスイッチング素子を上スイッチング素子と称し、グランドに接続されるスイッチング素子を下スイッチング素子と称する。リアクトルは、２個のスイッチング素子の直列接続の中点と低電圧端との間に接続される。上スイッチング素子のオンオフ動作が降圧動作に寄与し、下スイッチング素子のオンオフ動作が昇圧動作に寄与する。上スイッチング素子に所定のデューティ比の駆動信号を与え、その駆動信号の反転信号を下スイッチング素子に与えると、低電圧端と高電圧端の電圧比が一定となるように、低電圧端と高電圧端の電圧の状態に応じて昇圧動作と降圧動作が受動的に切り替わる。

【0003】

上スイッチング素子と下スイッチング素子が同時にオン状態になると、高電圧端とグランドが短絡する。短絡を防ぐため、一方のスイッチング素子がオンからオフ切り替わってから他方のスイッチング素子がオフからオンに切り替わる。２個のスイッチング素子が同時にオフとなる時間をデッドタイムと称する。デッドタイムを適切に選定しないと電圧変換効率が低下する。特許文献１には、デッドタイムを適宜に変更する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－９８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

大電力を扱えるように、複数の昇降圧コンバータを並列に接続する場合がある。説明の便宜上、並列に接続された複数の昇降圧コンバータのそれぞれを以下ではコンバータ回路と称し、装置全体を昇降圧コンバータと称する。

【0006】

スイッチング素子の特性のばらつきにより、同じ駆動信号を与えてもデッドタイムはコンバータ回路ごとに異なることがある。並列に接続された複数のコンバータ回路においてデッドタイムが異なると、電流が複数のコンバータ回路に均等に分散せず、特定のコンバータ回路に電流が集中してしまうおそれがある。電流が集中したコンバータ回路ではスイッチング素子の劣化が進んでしまう。本明細書は、複数のコンバータ回路が並列に接続された昇降圧コンバータにおいて特定のコンバータ回路への電流集中を抑制する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書が開示する昇降圧コンバータは、並列に接続されているＮ個（Ｎは２以上の自然数）のコンバータ回路と、それらコンバータ回路を制御するコントローラを備える。それぞれのコンバータ回路は、低電圧端、高電圧端、上スイッチング素子および下スイッチング素子、リアクトル、低電圧センサ、高電圧センサを備える。上スイッチング素子と下スイッチング素子は高電圧端とグランド線の間に直列に接続されている。２個のスイッチング素子のうち、高電圧端に接続されている方を上スイッチング素子と称し、グランド線に接続されている方を下スイッチング素子と称する。リアクトルは、上スイッチング素子および下スイッチング素子の直列接続の中点と低電圧端との間に接続されている。低電圧センサは、低電圧端とグランド線の間の電圧を計測する。高電圧センサは、高電圧端とグランド線の間の電圧を計測する。低電圧センサは、Ｎ個のコンバータ回路で共通であってもよい。高電圧センサやリアクトルも、Ｎ個のコンバータ回路で共通であってもよい。

【0008】

コントローラは、以下の処理を実行する。（１）コントローラは、低電圧端の目標電圧ＶＬＴを実現するための上スイッチング素子に対する指令デューティ比ｄｕｔｙＴを決定する。

【0009】

（２）コントローラは、ｉ番目のコンバータ回路に対して、指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号を上スイッチング素子に与えるとともに、上ＳＷ駆動信号を反転させた下ＳＷ駆動信号を下スイッチング素子に与えつつ、残りのコンバータ回路を停止して次の（式１）でデッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）を計算する。
ｄＤＴ（ｉ）＝｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝×ＳＷｔｉｍｅ０１
・・・（式１）
ただし、
ｉ：１からＮまでの自然数
ｄＤＴ（ｉ）：ｉ番目のコンバータ回路のデッドタイムずれ
ＶＬＳ：低電圧センサの計測値
ＶＨＳ：高電圧センサの計測値
ＳＷｔｉｍｅ０１：電圧センサの計測値取得時の上ＳＷ駆動信号の制御周期

【0010】

（３）コントローラは、ｉ番目のコンバータ回路に対して、補正指令デューティ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）＝ｄｕｔｙＴ＋ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２を算出する。ここで、ＳＷｔｉｍｅ０２は、この補正指令デューティ比ｄｕｔｙ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）を用いてコンバータ回路を駆動するときの上ＳＷ駆動信号の制御周期である。

【0011】

次いで、コントローラは、補正指令デューティ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）を有する補正上ＳＷ駆動信号を上スイッチング素子に与えるとともに補正上ＳＷ駆動信号を反転させた補正下ＳＷ駆動信号を下スイッチング素子に与えつつ、全てのコンバータ回路を同時並列に駆動する。なお、「同時並列に駆動する」とは、全てのコンバータ回路の上スイッチング素子を同じタイミングでオンオフすること、あるいは、全てのコンバータ回路の上スイッチング素子を特定の位相差で順にオンすること、のいずれかでよい。

【0012】

（式１）の（ＶＬＴ／ＶＨＳ）は、デフォルトのデッドタイムを含む駆動信号を与えたときの理論上の昇圧比の逆数を意味する。（式１）の（ＶＬＳ／ＶＨＳ）は、実際の昇圧比の逆数を意味する。実際の昇圧比は、ｉ番目のコンバータ回路で生じる実際のデッドタイムに影響される（デッドタイムが大きくなると、昇圧比の逆数は大きくなる）。（数１）の｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝は、デフォルトのデッドタイムと実際のデッドタイムのずれに相当する。昇圧比はデューティ比に比例する。すなわち、｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝は、デフォルトのデッドタイムと実際のデッドタイムのずれに相当するデューティ比を意味する。デッドタイムのずれに相当するデューティ比に制御周期ＳＷｔｉｍｅ０１を乗じると、制御周期に現れるデッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）が得られる。デッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）を、新たな制御周期ＳＷｔｉｍｅ０２で割ると、デッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）を相殺するためのデューティ比補正値となる。ＳＷｔｉｍｅ０２は、先のＳＷｔｉｍｅ０１と同じであってもよい。

【0013】

上記の処理によると、ｉ番目のコンバータ回路に固有のデッドタイムとデフォルトのデッドタイムとのずれｄＤＴ（ｉ）に応じて当初の指令デューティ比ｄｕｔｙＴが補正される。補正されたデューティ比を含む駆動信号で各コンバータ回路を駆動することで、ｉ番目のコンバータ回路に固有のデッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）が相殺される。すなわち、全てのコンバータ回路が実質的に同じデッドタイムで動作する。その結果、それぞれのコンバータ回路に流れる電流が平均化される。従って特定のコンバータ回路への電流集中が抑えられる。

【0014】

なお、上ＳＷ駆動信号（下ＳＷ駆動信号）は、スイッチング素子をオンに保持するＨＩＧＨ電位と、オフに保持するＬＯＷ電位の二値のＰＷＭ信号である。デューティ比は、制御周期ＳＷｔｉｍｅにおけるスイッチング素子のオン時間の割合で表される。

【0015】

また、「指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号を反転させた下ＳＷ駆動信号」は、より正確には、「指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号を反転させた信号の立ち上がりタイミング（ＬＯＷ電位からＨＩＧＨ電位に変化するタイミング）をデフォルトのデッドタイムの時間だけ後ろにずらした下ＳＷ駆動信号」である。例えば、制御周期ＳＷｔｉｍｅが１００［ｍｓｅｃ］、指令デューティ比ｄｕｔｙＴが４０［％］でデフォルトのデッドタイムが２［ｍｓｅｃ］の場合、上ＳＷ駆動信号は、最初の４０［ｍｓｅｃ］がＨＩＧＨ電位で後半の６０［ｍｓｅｃ］がＬＯＷ電位のＰＷＭ信号となる。下ＳＷ駆動信号は、最初の４２［ｍｓｅｃ］がＬＯＷ電位で残りの５８［ｍｓｅｃ］がＨＩＧＨ電位のＰＷＭ信号となる。デフォルトのデッドタイムは上ＳＷ駆動信号の立下りタイミングと下ＳＷ駆動信号の立ち上がりタイミングの差に反映されるが、それぞれのコンバータ回路において実際に生じるデッドタイムはデフォルトのデッドタイムからずれる。（数１）のｄＤＴ（ｉ）が、ずれに相当する。本明細書が開示する技術は、各コンバータ回路に固有のデッドタイムずれ（ｄＤＴ（ｉ））を特定する。そして、デッドタイムのずれに応じて指令デューティ比を補正する。そのような処理により、特定のコンバータ回路への電流集中を抑えることができる。

【0016】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例の昇降圧コンバータの回路図である。

【図2】コントローラが実行するデッドタイムずれ特定処理のフローチャートである。

【図3】ずれ特定後の昇降圧コンバータ駆動処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図面を参照して実施例の昇降圧コンバータ２を説明する。実施例の昇降圧コンバータ２は、電気自動車１００に搭載されている。図１に、昇降圧コンバータ２の回路図と、電気自動車１００のブロック図を示す。

【0019】

電気自動車１００は、昇降圧コンバータ２のほかに、バッテリ１０１、インバータ１０２、走行用のモータ１０３、コントローラ１０４を備えている。電気自動車１００は、モータ１０３で走行する。インバータ１０２が、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換してモータ１０３へ供給する。インバータ１０２は、モータ１０３が逆駆動されて発電した交流の電力（回生電力）を直流電力に変換してバッテリ１０１へ供給することもできる。

【0020】

昇降圧コンバータ２は、バッテリ１０１とインバータ１０２の間に接続されている。昇降圧コンバータ２の低電圧端２１がバッテリ１０１に接続され、高電圧端２２がインバータ１０２に接続される。昇降圧コンバータ２は、双方向の電圧変換装置であり、バッテリ１０１の出力電圧を降圧してインバータ１０２へ供給する昇圧動作と、インバータ１０２から送られる直流の回生電力の電圧を降圧してバッテリ１０１へ供給する降圧動作を行うことができる。

【0021】

コントローラ１０４は、車速とアクセル開度とブレーキペダル踏込量からモータ１０３の目標出力を決定し、その目標出力が実現するように昇降圧コンバータ２とインバータ１０２を制御する。

【0022】

昇降圧コンバータ２の回路について説明する。昇降圧コンバータ２は、並列に接続された４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄ、コンバータ回路１０ａ－１０ｄを制御するコントローラ２０、電圧センサ１８ａ、１８ｂを備える。なお、図１において、点線矢印線は信号線を表す。すなわち、コントローラ２０はコンバータ回路１０ａ－１０ｄと通信を行うことができるとともに、バッテリ１０１とコントローラ１０４とも通信する。

【0023】

コンバータ回路１０ａについて説明する。コンバータ回路１０ａは、低電圧端１１に印加された電圧を昇圧して高電圧端１２から出力する昇圧機能と、高電圧端１２に印加された電圧を降圧して低電圧端１１から出力する降圧機能を有する。コンバータ回路１０ａはいわゆる双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。４個のコンバータ回路１０ａが並列に接続された昇降圧コンバータ２も、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。４個のコンバータ回路１０ａを並列に接続することにより、昇降圧コンバータ２は大電力を扱える。

【0024】

コンバータ回路１０ａは、２個のスイッチング素子（上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂ）と、２個のダイオード１６ａ、１６ｂと、リアクトル１４と、２個のコンデンサ１７ａ、１７ｂと、電流センサ１９を備える。上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂは、高電圧端１２とグランド線１３の間に直列に接続されている。上スイッチング素子１５ａが高電圧端１２に接続されており、下スイッチング素子１５ｂがグランド線１３に接続されている。上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂは、電圧変換用の素子であり、パワートランジスタと呼ばれることがある。上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂの一例は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

【0025】

上スイッチング素子１５ａにダイオード１６ａが逆並列に接続されており、下スイッチング素子１５ｂにダイオード１６ｂが逆並列に接続されている。ダイオード１６ａ、１６ｂは、グランド線１３から高電圧端１２への電流は通すが逆方向には電流を通さない。

【0026】

リアクトル１４は、２個のスイッチング素子１５ａ、１５ｂの直列接続の中点と、低電圧端１１の間に接続されている。コンデンサ１７ａは、低電圧端１１とグランド線１３の間に接続されており、コンデンサ１７ｂは高電圧端１２とグランド線１３の間に接続されている。コンデンサ１７ａ、１７ｂは、コンバータ回路１０ａに流れる電流の脈動を抑えるために備えられている。

【0027】

電圧センサ１８ａは、低電圧端１１の電圧（低電圧端１１とグランド線１３の間の電圧）を計測する。電圧センサ１８ｂは、高電圧端１２の電圧（高電圧端１２とグランド線１３の間の電圧）を計測する。電流センサ１９はリアクトル１４に流れる電流（すなわちコンバータ回路１０ａに流れる電流）を計測する。電圧センサ１８ａ、１８ｂ、電流センサ１９の計測データはコントローラ２０に送られる。

【0028】

上スイッチング素子１５ａを適宜にオンオフすると、高電圧端１２に印加された電圧が降圧されて低電圧端１１から出力される。下スイッチング素子１５ｂを適宜にオンオフすると、低電圧端１１に印加された電圧が昇圧されて高電圧端１２から出力される。上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂは、スイッチング素子をオンに保持するＨＩＧＨ電位と、オフに保持するＬＯＷ電位の二値が繰り返されるＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）で駆動される。説明の便宜上、上スイッチング素子１５ａを駆動するためのＰＷＭ信号を以下では上ＳＷ駆動信号と称する場合があり、下スイッチング素子１５ｂを駆動するためのＰＷＭ信号を以下では下ＳＷ駆動信号と称する場合がある。また、上ＳＷ駆動信号と下ＳＷ駆動信号を区別せずに表す場合には単純に「駆動信号」と表記する場合がある。

【0029】

コントローラ２０は、所定の周期の駆動信号を生成する。駆動信号の制御周期を記号「ＳＷｔｉｍｅ」で表す。駆動信号の一制御周期においてＨＩＧＨ電位に保持される割合はデューティ比と呼ばれる。デューティ比の単位はパーセントである。

【0030】

コントローラ２０は、まず上ＳＷ駆動信号を生成する。コントローラ２０は、上ＳＷ駆動信号を反転させた信号を下ＳＷ駆動信号として生成する。より正確には、コントローラ２０は、上ＳＷ駆動信号を反転させた信号において、電位がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わるタイミングを、上ＳＷ駆動信号の電位がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わってから所定のデフォルトデッドタイムだけ後ろにずらして下ＳＷ駆動信号を生成する。上ＳＷ駆動信号を反転させた信号のＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わるタイミングは、当初は、上ＳＷ駆動信号において電位がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わるタイミングに一致する。コントローラ２０は、反転させた信号において電位がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わるタイミングをデフォルトデッドタイムだけ後ろへずらす。この処理により、上スイッチング素子１５ａがオンからオフに切り替わってからデフォルトデッドタイム後に下スイッチング素子１５ｂがオフからオンに切り替わるようになる。デフォルトデッドタイムは、上スイッチング素子１５ａと下スイッチング素子１５ｂがともにオンになって高電圧端１２がグランド線１３と短絡状態となることを防ぐために導入される。

【0031】

コンバータ回路１０ａで実際に生じるデッドタイム（実デッドタイム）は、コンバータ回路１０ａの物理的特性に依存する。そこでコントローラ２０は、コンバータ回路１０ａにおいてデフォルトデッドタイムと実デッドタイムのずれを特定し、このずれに基づいた補正値でコンバータ回路１０ａへの指令値を補正する。デッドタイムずれ特定処理と、指令値の補正処理は後に説明する。

【0032】

下ＳＷ駆動信号として上ＳＷ駆動信号の反転信号（デッドタイム考慮後の反転信号）を用いると、コンバータ回路１０ａは、低電圧端１１と高電圧端１２の電圧比が一定となるように動作する。この電圧比は、デューティ比で定まる。デューティ比で定まる電圧比を以下では目標電圧比と称する。コンバータ回路１０ａの実際の電圧比（高電圧端の電圧／低電圧端の電圧）が目標電圧比よりも高ければ高電圧端１２から低電圧端１１へ向けて電流が流れる。逆に、実際の電圧比が目標電圧比よりも低ければ低電圧端１１から高電圧端１２へ向けて電流が流れる。コンバータ回路１０ａは、アクセル開度とブレーキペダル踏込量が頻繁に変化し、加速と減速を繰り返す電気自動車に特に有効な回路である。

【0033】

コンバータ回路１０ｂ－１０ｄの回路構成はコンバータ回路１０ａと同じであるので説明は割愛する。４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄの低電圧端１１と高電圧端１２は、それぞれ、昇降圧コンバータ２の低電圧端２１と高電圧端２２に接続されている。すなわち、４個のコンバータ回路は並列に接続されている。

【0034】

コントローラ２０は、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを同時並列に駆動する。４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを同時並列に駆動することで、昇降圧コンバータ２は大電力を扱える。コントローラ２０は、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄの上スイッチング素子１５ａを同じタイミングでオンオフしてもよいし、位相をずらしてオンオフしてもよい。

【0035】

電気自動車１００のコントローラ１０４が、車速とアクセル開度とブレーキペダル踏込量に応じてモータ１０３の目標出力を決定する。目標出力は昇降圧コンバータ２のコントローラ２０に送られる。コントローラ２０は、目標出力から昇降圧コンバータ２の目標昇圧比を決定する。次いでコントローラ２０は、目標昇圧比から各コンバータ回路１０ａ－１０ｄの指令デューティ比を決定し、その指令デューティ比に基づいて上ＳＷ駆動信号と下ＳＷ駆動信号を生成する。詳しくは後述するが、駆動信号にはデフォルトデッドタイムが反映される。しかしながら、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれで実際に生じる実際のデッドタイムはデフォルトデッドタイムからずれる。複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれで物理特性が少しずつばらつくからである。コントローラ２０は、各コンバータ回路で実際に生じる実デッドタイムとデフォルトデッドタイムの間のずれを特定する。コントローラ２０は、特定したデッドタイムずれに基づいて上ＳＷ駆動信号と下ＳＷ駆動信号を補正する。この補正により、複数のコンバータ回路に均等に電流が流れ、特定のコンバータ回路への電流集中が抑制される。

【0036】

図２に、コントローラ２０が実行するデッドタイムずれ特定処理のフローチャートを示す。図２を参照しつつ、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれのデッドタイムずれを特定する処理を説明する。実施例の昇降圧コンバータ２では４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄが並列に接続されている。図２ではより一般的に、並列に接続されたコンバータ回路の数を記号「Ｎ」で表している。Ｎは２以上の自然数であればよい。

【0037】

コントローラ２０は、特定のコンバータ回路（ｉ番目のコンバータ回路）のみを駆動し、他のコンバータ回路を停止した状態で、特定のコンバータ回路のデッドタイムずれを特定する。１個のコンバータ回路に過大な電流が流れないように、コントローラ２０は、まず、昇降圧コンバータ２に流れる最大電流を制限する（ステップＳ１２）。具体的にはコントローラ２０は、バッテリ１０１の出力電流が所定の制限値を超えないように、バッテリ１０１へ指令を送る。

【0038】

次にコントローラ２０は、昇降圧コンバータ２の低電圧端２１（すなわち各コンバータ回路の低電圧端１１）の目標電圧ＶＬＴを決定する。そして、コントローラ２０は、目標電圧ＶＬＴを実現するための指令デューティ比ｄｕｔｙＴを決定する（ステップＳ１３）。

【0039】

ステップＳ１４からＳ１８までは、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれに対して実行される。図２の記号「ｉ」は、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれを表すための序数である。ｉ＝１は、第１番目のコンバータ回路１０ａを指し、ｉ＝２は第２番目のコンバータ回路１０ｂを指す。ｉ＝３、ｉ＝４も同様である。ステップＳ１７の記号「Ｎ」は、コンバータ回路１０ａ－１０ｄの総数を意味する。実施例の昇降圧コンバータ２は、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを有しているのでＮ＝４である。

【0040】

コントローラ２０は、第ｉ番目のコンバータ回路を駆動し、その他のコンバータ回路は停止する（ステップＳ１５）。ここで、コントローラ２０は、指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号をｉ番目のコンバータ回路の上スイッチング素子１５ａに与え、上ＳＷ駆動信号を反転させ、さらにデフォルトデッドタイムを考慮した下ＳＷ駆動信号を下スイッチング素子１５ｂに与える。なお、前述したように、デフォルトデッドタイムを考慮した下ＳＷ駆動信号とは、上ＳＷ駆動信号を反転させた信号においてＬＯＷ電位からＨＩＧＨ電位へ立ち上がるタイミングを所定のデフォルトデッドタイムだけ遅らせた信号である。

【0041】

コントローラ２０は、ｉ番目のコンバータ回路のスイッチング素子１５ａ、１５ｂのそれぞれに前述した上ＳＷ駆動信号と下ＳＷ駆動信号を与えつつ、次の（式１）によってｉ番目のコンバータ回路のデッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）を特定する（ステップＳ１６）。

【0042】

ｄＤＴ（ｉ）＝｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝×ＳＷｔｉｍｅ０１
・・・（式１）
ただし、
ｄＤＴ（ｉ）：デフォルトデッドタイムと、ｉ番目のコンバータ回路の実際のデッドタイムとのずれ
ＶＬＳ：電圧センサ１８ａの計測値
ＶＨＳ：電圧センサ１８ｂの計測値
ＳＷｔｉｍｅ０１：電圧センサの計測値取得時の駆動信号の制御周期
である。

【0043】

コントローラ２０は、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれについて、デッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）を算出する（ステップＳ１７：ＮＯ、Ｓ１８、Ｓ１５）。なお、図２の記号「ｉ」は１から４の自然数のいずれかである。

【0044】

全てのコンバータ回路１０ａ－１０ｄのデッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）が求まったら、コントローラ２０は、図２の処理を終了する。なお、図２では省略しているが、最後にコントローラ２０は、ステップＳ１２で加えた電流制限を解除する。

【0045】

図２のデッドタイムずれ特定処理は、定期的に、あるいは、所定の条件が成立したときに実行される。所定の条件とは、例えば、車速が低いとき（モータ１０３の目標出力が小さいとき）など、昇降圧コンバータ２に流れる電流が低くなる条件であることが好ましい。

【0046】

通常の走行中は、コントローラ２０は、図３の駆動処理で昇降圧コンバータ２を駆動する。コントローラ２０は、コントローラ１０４から送られる目標出力（モータ１０３の目標出力）に基づいて、昇降圧コンバータ２の低電圧端２１の目標電圧ＶＬＴを決定する。さらに、コントローラ２０は、目標電圧ＶＬＴを実現するための指令デューティ比ｄｕｔｙＴを決定する（ステップＳ２２）。次いで、コントローラ２０は、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれに対して、補正指令デューティ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）を算出する（ステップＳ２３）。ここで、補正指令デューティ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）＝ｄｕｔｙＴ＋ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２である。ＳＷｔｉｍｅ０２は、この補正指令デューティ比ｄｕｔｙＣ（ｉ）を用いて各コンバータ回路を駆動する際の上ＳＷ駆動信号の制御周期を意味する。ＳＷｔｉｍｅ０１とＳＷｔｉｍｅ０２は同じであってもよい。

【0047】

補正上ＳＷ駆動信号は、指令デューティ比ｄｕｔｙＴにデューティ比補正値（すなわち、ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２）を加えたデューティ比を有する駆動信号である。補正上ＳＷ駆動信号は、ＨＩＧＨ電位が保持される時間が（ＳＷｔｉｍｅ０２×（ｄｕｔｙＴ＋ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２））であり、ＬＯＷ電位が保持される時間が｛ＳＷｔｉｍｅ０２×（１－（ｄｕｔｙＴ＋ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２））｝であるパルス幅変調信号である。

【0048】

また、補正下ＳＷ駆動信号は、補正上ＳＷ駆動信号を反転させた信号である。より正確には、補正下ＳＷ駆動信号は、補正上ＳＷ駆動信号を反転させ、さらにその反転信号においてＬＯＷ電位からＨＩＧＨ電位の立ち上がりタイミングをデフォルトデッドタイムだけ遅らせた信号である。

【0049】

コントローラ２０は、ステップＳ２３で生成した補正上ＳＷ駆動信号と補正下ＳＷ駆動信号で４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを同時並列に駆動する（ステップＳ２４）。「同時並列」の意味は前述した通りである。

【0050】

図２の処理により、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれに対して適正なデッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）が特定される。そして図３の処理により、複数のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれに対して、デッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）に基づいて補正された駆動信号が供給される。その結果、複数のコンバータ回路で実際のデッドタイムが同じになる。そして、複数のコンバータ回路において流れる電流が平準化され、特定のコンバータ回路に電流が集中してしまうことが回避される。

【0051】

（式１）の意味を説明する。右辺第１項の（ＶＬＳ／ＶＨＳ）は、コンバータ回路の低電圧端１１の実際の電圧ＶＬＳと高電圧端１２の実際の電圧ＶＨＳの比である。右辺第２稿の（ＶＬＴ／ＶＨＳ）は、低電圧端１１の目標電圧ＶＬＴと、高電圧端１２の実際の電圧ＶＨＳの比である。デッドタイムが大きいほど、低電圧端１１の電圧と高電圧端１２の電圧の差が小さくなる。右辺第２項（ＶＬＴ／ＶＨＳ）は、指令デューティ比ｄｕｔｙＴの駆動信号（デフォルトデッドタイムを考慮した駆動信号）を与えたときの理論上の電圧比を意味する。この理論上の電圧比には、上ＳＷ駆動信号と下ＳＷ駆動信号に含まれるデフォルトデッドタイムが反映されている。一方、右辺第２項（ＶＬＳ／ＶＨＳ）は、実際の電圧比であり、ここには、実際のデッドタイムが反映されている。従って右辺第１項－右辺第２項は、デフォルトデッドタイムと実デッドタイムのずれに起因する値となる。この値に制御周期ＳＷｔｉｍｅ０１を乗ずると、デフォルトデッドタイムと実デッドタイムのずれ（ｄＤＴ）が得られる。なお、実際のデッドタイムはデフォルトデッドタイムよりも大きいので、右辺第１項は、必ず右辺第２項よりも大きくなる。なお、低電圧端１１の実際の電圧ＶＬＳが目標電圧ＶＬＴに一致する場合、デッドタイムずれｄＤＴ（ｉ）はゼロとなる。すなわち、実際に生じるデッドタイムはデフォルトデッドタイムに等しいことになる。

【0052】

このように、（式１）のｄＤＴ（ｉ）は、第ｉ番目のコンバータ回路におけるデフォルトデッドタイムと実デッドタイムのずれを意味する。デッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）を制御周期ＳＷｔｉｍｅ０１で割った値は、デッドタイムのずれｄＤＴ（ｉ）に相当するデューティ比を意味する。すなわち、ｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０１は、デッドタイムのずれを相殺するためのデューティ比を意味する。

【0053】

コントローラ２０が実行する処理をまとめると以下の通りである。（１）コントローラ２０は、低電圧端の目標電圧ＶＬＴを実現するための上ＳＷ素子に対する指令デューティ比ｄｕｔｙＴを決定する。（２）コントローラ２０は、ｉ番目のコンバータ回路に対して、指令デューティ比ｄｕｔｙＴを有する上ＳＷ駆動信号を上ＳＷ素子に与えるとともに、上ＳＷ駆動信号を反転させかつデフォルトデッドタイムを考慮した下ＳＷ駆動信号を下ＳＷ素子に与えつつ、残りのコンバータ回路を停止した状態で、ｄＤＴ（ｉ）＝｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝×ＳＷｔｉｍｅ０１を計算する。（３）コントローラ２０は、ｉ番目のコンバータ回路に対して、指令デューティ比ｄｕｔｙＴにｄＤＴ（ｉ）／ＳＷｔｉｍｅ０２（ただし、ＳＷｔｉｍｅ０２は、ｄＤＴ（ｉ）の算出後にコンバータ回路を駆動するときの上ＳＷ駆動信号の制御周期）を加えたデューティ比を有する補正上ＳＷ駆動信号を上スイッチング素子に与えるとともに、補正上ＳＷ駆動信号を反転させてさらにデフォルトデッドタイムを考慮した補正下ＳＷ駆動信号を下スイッチング素子に与えつつ、全てのコンバータ回路を同時並列に駆動する。なお、「ＳＷ素子」とは、「スイッチング素子」の略である。

【0054】

ｄＤＴ（ｉ）を求めるときの制御周期ＳＷｔｉｍｅ０１と、全てのコンバータ回路を同時並列に駆動するときの制御周期ＳＷｔｉｍｅ０２が同じ場合、補正後のデューティ比は、ｄｕｔｙＴ＋｛（ＶＬＳ／ＶＨＳ）－（ＶＬＴ／ＶＨＳ）｝となる。すなわち、低電圧端と高電圧端の実際の電圧の比（ＶＬＳ／ＶＨＳ）と、目標電圧ＶＬＴと高電圧端の実際の電圧ＶＨＳの比（ＶＬＴ／ＶＨＳ、すなわち理想的な電圧比）との差が、デフォルトデッドタイムと実デッドタイムのずれを相殺するための補正デューティ比に相当する。

【0055】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。昇降圧コンバータ２は、他の目的にも適用可能である。例えば、昇降圧コンバータ２は、バッテリ１０１の電圧よりも出力電圧が低い電源とバッテリ１０１の間に接続されてもよい。この場合、低電圧端２１が電源に接続され、高電圧端２２がバッテリ１０１に接続される。昇降圧コンバータ２は、電源の電圧を昇圧してバッテリ１０１へ供給することができる。

【0056】

あるいは、実施例の昇降圧コンバータ２は、バッテリ１０１の電力を降圧して車両外部の負荷に供給する場合に用いてもよい。この場合、低電圧端２１が外部の負荷に接続され、高電圧端２２がバッテリ１０１に接続される。昇降圧コンバータ２は、バッテリ１０１の電圧を降圧して負荷へ供給することができる。

【0057】

実施例の昇降圧コンバータ２は、並列に接続された４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄを備えている。本明細書が開示する昇降圧コンバータは、並列に接続されたＮ個のコンバータ回路を備えていればよい。Ｎは２以上の自然数であればよい。

【0058】

電圧センサ１８ａが低電圧センサに対応し、電圧センサ１８ｂが高電圧センサに対応する。実施例の昇降圧コンバータ２では、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄは共通の電圧センサ１８ａ、１８ｂを備えている。４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれが独自の電圧センサを備えていてもよい。また、実施例の昇降圧コンバータ２では、４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄのそれぞれが独自のリアクトル１４を備えている。４個のコンバータ回路１０ａ－１０ｄが１個のリアクトルを共有していてもよい。

【0059】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0060】

２：昇降圧コンバータ １０ａ－１０ｄ：コンバータ回路 １１、２１：：低電圧端 １２、２２：高電圧端 １３：グランド線 １４：リアクトル １５ａ、１５ｂ：スイッチング素子 １６ａ、１６ｂ：ダイオード １７ａ、１７ｂ：コンデンサ １８ａ、１８ｂ：電圧センサ １９：電流センサ ２０、１０４：コントローラ １００：電気自動車 １０１：バッテリ １０２：インバータ １０３：モータ

【図1】

【図2】

【図3】