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(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】P2024042139
(43)【公開日】2024-03-28
(54)【発明の名称】制御装置、電力変換装置、及び制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20240321BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022146633
(22)【出願日】2022-09-15
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐賀 翔直
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS04
5H730AS05
5H730AS08
5H730AS13
5H730AS17
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB57
5H730DD03
5H730DD16
5H730FD01
5H730FD11
5H730FD41
5H730FG05
5H730FG22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】デッドタイム中に、出力電圧が不安定になることを抑制する電力変換装置の制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置の制御部は、充電モード又は放電モードで動作中のデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードの場合、第１電圧値及び第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、充電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードの場合、第１電圧値、第２電圧値及び電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、放電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードの場合、第１電圧値、第２電圧値及び電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる。
【選択図】図１０
【解決手段】制御装置の制御部は、充電モード又は放電モードで動作中のデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードの場合、第１電圧値及び第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、充電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードの場合、第１電圧値、第２電圧値及び電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、放電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードの場合、第１電圧値、第２電圧値及び電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、第１、第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する第１電圧値取得部と、
前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部と、
前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する第２電圧値取得部と、
前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる制御部と
を備える制御装置。
前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する第１電圧値取得部と、
前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部と、
前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する第２電圧値取得部と、
前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる制御部と
を備える制御装置。
【請求項2】
前記第１デューティ比は、前記電流値の大きさによらず一定であり、
前記第２デューティ比及び前記第３デューティ比は、前記電流値に基づく予め定められた非線形の関数に従って変化する、請求項１に記載の制御装置。
前記第２デューティ比及び前記第３デューティ比は、前記電流値に基づく予め定められた非線形の関数に従って変化する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフの周期をＴとした場合、
前記第１条件は、前記第１デューティ比をＤＣＣＭとした場合、
であり、
前記第２条件は、前記第２デューティ比をＤＤＣＭ（放電）とした場合、
であり、
前記第３条件は、前記第３デューティ比をＤＤＣＭ（充電）とした場合、
である、請求項１に記載の制御装置。
前記第１条件は、前記第１デューティ比をＤＣＣＭとした場合、
【数A】
前記第２条件は、前記第２デューティ比をＤＤＣＭ（放電）とした場合、
【数B】
前記第３条件は、前記第３デューティ比をＤＤＣＭ（充電）とした場合、
【数C】
【請求項4】
前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
を満たす場合、前記第２モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【数D】
【請求項5】
前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
を満たす場合、前記第３モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【数E】
【請求項6】
前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
を満たす場合、前記第２モードであると判断し、
前記制御部は、前記電流値が
を満たす場合、前記第３モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【数D】
前記制御部は、前記電流値が
【数E】
【請求項7】
前記制御部は、前記電流値が式（Ｄ）及び式（Ｅ）を満たさない場合、前記第１モードであると判断する、請求項６に記載の制御装置。
【請求項8】
請求項１から７の何れか１つに記載の制御装置と、
前記第１スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子と、
前記リアクトルと、
前記第１コンデンサと、
前記第２コンデンサと
を備える電力変換装置。
前記第１スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子と、
前記リアクトルと、
前記第１コンデンサと、
前記第２コンデンサと
を備える電力変換装置。
【請求項9】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御方法であって、
前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する段階と、
前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する段階と、
前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する段階と、
前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる段階と
を備える制御方法。
前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する段階と、
前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する段階と、
前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する段階と、
前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる段階と
を備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置、電力変換装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、低出力時に電流不連続モードを実現する直流電圧変換回路が開示されている。特許文献２には、デッドタイムの影響による出力電圧変動に対して制御が不安定にならない制御部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２１－１７０９３４号公報
［特許文献２］ 特開２０１４－１９２９１４号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２１－１７０９３４号公報
［特許文献２］ 特開２０１４－１９２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
２つのスイッチング素子を交互にオンオフする相補スイッチングを行う場合に、デッドタイム中に、リアクトルに流れる電流がゼロになることで、出力電圧が不安定になる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一態様に係る制御装置は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御装置でよい。前記制御装置は、前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する第１電圧値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する第２電圧値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる制御部を備えてよい。
【0005】
前記制御装置において、前記第１デューティ比は、前記電流値の大きさによらず一定でよい。前記第２デューティ比及び前記第３デューティ比は、前記電流値に基づく予め定められた非線形の関数に従って変化してよい。
【0006】
いずれかの前記制御装置において、前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフの周期をＴとした場合、前記第１条件は、前記第１デューティ比をＤＣＣＭとした場合、
でよい。
【数A】
【0007】
前記第２条件は、前記第２デューティ比をＤＤＣＭ（放電）とした場合、
でよい。
【数B】
【0008】
前記第３条件は、前記第３デューティ比をＤＤＣＭ（充電）とした場合、
でよい。
【数C】
【0009】
いずれかの前記制御装置において、前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が、
を満たす場合、前記第２モードであると判断してよい。
【数D】
【0010】
いずれかの前記制御装置において、前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が、
を満たす場合、前記第３モードであると判断してよい。
【数E】
【0011】
いずれかの前記制御装置において、前記第１電圧値をＶｉｎ、前記第２電圧値をＶｏｕｔ、前記電流値をＩｉｎ、前記リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆＳＷ、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が、
を満たす場合、前記第２モードであると判断してよい。
【数D】
【0012】
前記制御部は、前記電流値が、
を満たす場合、前記第３モードであると判断してよい。
【数E】
【0013】
いずれかの前記制御装置において、前記制御部は、前記電流値が式（Ｄ）及び式（Ｅ）を満たさない場合、前記第１モードであると判断してよい。
【0014】
本発明の一態様に係る電力変換装置は、いずれかの前記制御装置と、前記第１スイッチング素子と、前記第２スイッチング素子と、前記リアクトルと、前記第１コンデンサと、前記第２コンデンサとを備えてよい。
【0015】
本発明の一態様に係る制御方法は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御方法でよい。前記制御方法は、前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する段階を備えてよい。前記制御方法は、前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する段階を備えてよい。前記制御方法は、前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する段階を備えてよい。前記制御方法は、前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、及び前記電流値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる段階を備えてよい。
【0016】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。
【図2A】電力変換装置が放電モードから充電モードに切り替わる過程での入力リアクトルに流れるリプル電流などの様子を示す図である。
【図3】電力変換装置が昇圧チョッパとして動作する場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図4】電力変換装置が降圧チョッパとして動作する場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図5】放電モードにおいて、リアクトル電流が下限境界条件以下の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図6】放電モードにおいて、リアクトル電流が上限境界条件以上の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図7】放電モードでの入力電流と、デューティ比との関係を示す図である。
【図8】充電モードにおいて、リアクトル電流が下限境界条件以下の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図9】充電モードにおいて、リアクトル電流が上限境界条件以上の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す図である。
【図10】充電モードでの入力電流と、デューティ比との関係を示す図である。
【図11】制御部の機能ブロックの一例を示す図である。
【図12】ＡＶＲ部、及びＡＣＲ部の機能ブロックの一例を示す図である。
【図13】電流モード判断部の機能ブロックの一例を示す図である。
【図14】デューティ比切替部の機能ブロックの一例を示す図である。
【図15】デューティ比切替部の機能ブロックの他の一例を示す図である。
【図16】他の形態に係る制御部の機能ブロックの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0019】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の回路構成の一例を示す。電力変換装置１００は、蓄電池１０１、昇降圧コンバータ１、駆動用インバータ１０４、駆動モータ１０５、充電用インバータ１０３、発電モータ１０２及び制御部２０を備える。電力変換装置１００は、例えば、ハイブリッド車両、電気車両など蓄電池１０１からの放電、及び蓄電池１０１への充電を実行する装置に搭載されてよい。
【0020】
昇降圧コンバータ１は、放電モードにおいて、蓄電池１０１からの直流電圧を昇圧して、駆動用インバータ１０４に出力する。さらに、昇降圧コンバータ１は、充電モードにおいて、充電用インバータ１０３からの直流電圧を降圧して、蓄電池１０１に出力する。
【0021】
駆動用インバータ１０４は、昇降圧コンバータ１からの直流電力を交流電力に変換して、駆動モータ１０５に出力する。充電用インバータ１０３は、発電モータ１０２からの交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ１に出力する。駆動モータ１０５及び発電モータ１０２は、負荷の一例である。
【0022】
昇降圧コンバータ１は、入力フィルタコンデンサ２、入力リアクトル３、上アーム用パワースイッチング素子４、下アーム用パワースイッチング素子５、直流中間コンデンサ６、入力電圧検出器１０、入力電流検出器１１、及び直流中間電圧検出器１２を有する。
【0023】
入力フィルタコンデンサ２は、蓄電池１０１と並列に接続される。入力フィルタコンデンサ２の一端（正極端子）は、蓄電池１０１の正極端子に接続され、入力フィルタコンデンサ２の他端（負極端子）は、蓄電池１０１の負極端子に接続される。
【0024】
入力フィルタコンデンサ２の一端は、入力リアクトル３の一端にさらに接続される。入力リアクトル３の他端は、直列に接続された上アーム用パワースイッチング素子４のソース端子と下アーム用パワースイッチング素子５のドレイン端子との間のノードに接続される。上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）などのパワースイッチング素子である。入力フィルタコンデンサ２の他端は、下アーム用パワースイッチング素子５のソース端子にさらに接続される。
【0025】
直流中間コンデンサ６は、上アーム用パワースイッチング素子４のドレイン端子と下アーム用パワースイッチング素子５のソース端子との間に接続される。直流中間コンデンサ６の正極端子は、上アーム用パワースイッチング素子４のドレイン端子に接続される。直流中間コンデンサ６の負極端子は、下アーム用パワースイッチング素子５のソース端子に接続される。
【0026】
入力電圧検出器１０は、入力フィルタコンデンサ２に印加される入力電圧の電圧値Ｖｉｎを検出する。入力電流検出器１１は、入力リアクトル３に流れるリアクト電流の電流値Ｉｉｎを検出する。直流中間電圧検出器１２は、直流中間コンデンサ６に印加される出力電圧（中間電圧）の電圧値Ｖｏｕｔを検出する。
【0027】
制御部２０は、電圧値Ｖｉｎ、電圧値Ｖｏｕｔ、及び電流値Ｉｉｎに基づいて、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフを制御する。
【0028】
電力変換装置１００は、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフする相補スイッチングを行う間、蓄電池１０１からの電力を駆動モータ１０５に供給して、駆動モータ１０５を駆動させる放電モード、及び発電モータ１０２で発電された電力を蓄電池１０１に充電する充電モードのいずれかで動作している。
【0029】
このような動作を行う電力変換装置１００において、制御部２０が、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフする相補スイッチングを行う場合に、入力リアクトル３に流れるリプル電流の影響で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５が共にオフの期間であるデッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロになることで、出力電圧が不安定になる場合がある。
【0030】
そこで、制御部２０は、放電モードまたは充電モードで動作中のデッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロになる場合に、放電モードまたは充電モードで動作中のデッドタイム中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロにならない場合と異なるデューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５をオンオフさせることで、出力電圧が不安定になることを抑制する。
【0031】
図２Ａ及び図２Ｂは、電力変換装置１００が放電モードから充電モードに切り替わる過程での入力リアクトル３に流れるリプル電流などの様子を示す。図２Ｂは、図２Ａで示す枠５０で囲んだ部分の拡大図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、リプル電流は変動するので、入力電流検出器１１で検出される入力電流検出値（電流値Ｉｉｎ）に対して幅がある。ここで、放電モードにおいて、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５が共にオフの期間であるデッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロになるのは、リプル電流の上限がゼロになる期間を含み、このときのモードを電流不連続モード（放電）と称する。また、充電モードにおいて、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５が共にオフの期間であるデッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロになるのは、リプル電流の下限がゼロになる期間を含み、このときのモードを電流不連続モード（充電）と称する。また、放電モード及び充電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロにならないモードを電流連続モードと称する。
【0032】
制御部２０は、放電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に入力リアクトル３に流れる電流がゼロにならない電流連続モードで、電力変換装置１００が動作する場合、電圧値Ｖｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフさせる。
【0033】
入力リアクトル３のインダクタンス値をＬ、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフの周期をＴとした場合、第１条件は、第１デューティ比をＤＣＣＭとした場合、
である。
【数1】
【0034】
制御部２０は、放電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に入力リアクトル３に流れる電流がゼロになる電流不連続モード（放電）で、電力変換装置１００が動作する場合、電圧値Ｖｉｎ、電流値Ｉｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフさせる。
【0035】
電流不連続モード（放電）のデューティ比：ＤＤＣＭは、以下の通り、導出される。電流不連続モード（放電）では、昇降圧コンバータ１は、昇圧チョッパとして動作する。
【0036】
図３は、電力変換装置１００が昇圧チョッパとして動作する場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。すなわち、図３は、放電モードにおける入力リアクトル３に印加されるリアクトル電圧、入力リアクトル３に流れるリアクトル電流、並びに上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフのタイミングの時間的な変化を示す。
【0037】
図３において、時間Ｔｘは、上アーム用パワースイッチング素子４のオンオフ、及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフが１回完了するまでの期間を示す。放電モードにおいて、時間Ｔｘは、下アーム用パワースイッチング素子５がオンした後、オフし、さらに上アーム用パワースイッチング素子４がオンした後、オフするまでの期間に相当する。図３に示すように、キャリア周期Ｔにおけるリアクトル電流の増加分と減少分は同じである。よって、時間ＴＯＮでの電流増加分と時間ＴＸ－Ｔｏｎでの電流減少分が同じであるから、式（２）が成り立つ。
【数2】
【0038】
ここで、下アーム用パワースイッチング素子５がオンしてからオフした後、再度オンするまでの期間、すなわち、キャリア周期をＴとし、キャリア周期Ｔにおける下アーム用パワースイッチング素子５のオンの割合をＤとする。そして、式（２）に、Ｔｏｎ＝ＤＴを代入し、Ｔｘについて解くと、式（３）となる。
【数3】
【0039】
次に、リアクトル電流の最大値Ｉｍａｘを導出する。最大値Ｉｍａｘは、図３に示すように、下アーム用パワースイッチング素子５がオンしている時間Ｔｏｎに、入力フィルタコンデンサ２に印加される入力電圧がＶｉｎの場合に、リアクトル値Ｌの入力リアクトル３に流れるリアクトル電流の増加量に相当する。よって、最大値Ｉｍａｘは、式（４）で導出できる。
【数4】
【0040】
さらに、リアクトル電流の平均値Ｉａｖｇは、式（５）で導出できる。
【数5】
【0041】
式（３）及び式（４）を式（５）に代入すると、平均値Ｉａｖｇは、式（６）で表すことができる。
【数6】
【0042】
よって、電流不連続モード（放電）のＤｕｔｙ比：ＤＤＣＭ（放電）は、式（７）で表すことができる。すなわち、ＤＤＣＭ（放電）は、電流値に基づく非線形の関数に従って変化する。ＤＤＣＭ（放電）は、電流値Ｉｉｎ、電圧値Ｖｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく予め定められた非線形の関数に従って変化する。
【数7】
【0043】
また、制御部２０は、充電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロになる電流不連続モード（充電）で、電力変換装置１００が動作する場合、電圧値Ｖｉｎ、電流値Ｉｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフさせる。
【0044】
制御部２０は、充電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロにならない電流連続モードで、電力変換装置１００が動作する場合、電圧値Ｖｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく第４条件で定められる第４デューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフさせる。
【0045】
入力リアクトル３のインダクタンス値をＬ、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフの周期（キャリア周期）をＴとした場合、第４条件は、第１条件と同じでよく、第４デューティ比をＤＣＣＭとした場合、式（８）で表される。
【数8】
【0046】
制御部２０は、充電モードにおいて、デッドタイムＴｄ中に入力リアクトル３に流れる電流がゼロになる電流不連続モード（充電）で、電力変換装置１００が動作する場合、電圧値Ｖｉｎ、電流値Ｉｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５を交互にオンオフさせる。
【0047】
電流不連続モード（充電）のデューティ比：ＤＤＣＭ（充電）は、以下の通り、導出される。電流不連続モード（充電）では、昇降圧コンバータ１は、降圧チョッパとして動作する。
【0048】
図４は、電力変換装置１００が降圧チョッパとして動作する場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。図４は、充電モードにおける入力リアクトル３に印加されるリアクトル電圧、入力リアクトル３に流れるリアクトル電流、並びに上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフのタイミングの時間的な変化を示す。
【0049】
図４において、時間Ｔｘは、入力フィルタコンデンサ２に電流が流れている期間を示す。図３に示すように、キャリア周期Ｔにおけるリアクトル電流の増加分と減少分は同じである。よって、時間ＴＯＮでの電流増加分と時間Ｔｘ－ＴＯＮでの電流減少分とが同じであるため、式（９）が成り立つ。
【数9】
【0050】
キャリア周期をＴとし、キャリア周期Ｔにおける下アーム用パワースイッチング素子５のオンの割合、すなわちオンデューティ比をＤとする。そして、式（９）に、ＴＯＮ＝ＤＴを代入し、Ｔｘについて解くと、式（１０）となる。
【数10】
【0051】
次に、リアクトル電流の最大値Ｉｍａｘを導出する。図４より、下アーム用パワースイッチング素子５がオンしている時間ＴＯＮに、入力フィルタコンデンサ２に印加される入力電圧がＶｉｎ、直流中間コンデンサ６に印加される出力電圧がＶｏｕｔとした場合、最大値Ｉｍａｘは、リアクトル値Ｌの入力リアクトル３に、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの差分が印加される条件でのリアクトル電流の増加量に相当する。よって、最大値Ｉｍａｘは、式（１１）で導出できる。
【数11】
【0052】
さらに、リアクトル電流の平均値Ｉａｖｇは、式（１２）で導出できる。
【数12】
【0053】
式（１０）及び式（１１）を式（１２）に代入すると、平均値Ｉａｖｇは、式（１３）で表すことができる。
【数13】
【0054】
よって、電流不連続モード（充電）のデューティ比：Ｄｕｔｙ比：ＤＤＣＭ（充電）は、式（１４）で表すことができる。
【数14】
【0055】
ただし、式（１４）のデューティ比は、降圧チョッパ基準である為、図４に示す昇圧チョッパ基準に変換し、ＤＤＣＭ（充電）は、式（１５）で表すことができる。すなわち、ＤＤＣＭ（充電）は、電流値に基づく非線形の関数に従って変化する。ＤＤＣＭ（充電）は、電流値Ｉｉｎ、電圧値Ｖｉｎ、及び電圧値Ｖｏｕｔに基づく予め定められた非線形の関数に従って変化する。
【数15】
【0056】
続いて、放電モードでの電流連続モードと、電流不連続モード（放電）とが切り替わる境界条件について説明する。放電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（放電）との上限境界条件は、デッドタイムＴｄ中に入力リアクトル３のリプル電流が０（Ａ）になる条件である。
【0057】
下アーム用パワースイッチング素子５がオンである時間ＴＯＮでは、入力リアクトル３には入力電圧Ｖｉｎが印加され、リアクトル電流Ｉｉｎが増加する。
【0058】
ここで、リアクトル電流Ｉｉｎは、式（１６）で表すことができる。
【数16】
【0059】
下アーム用パワースイッチング素子５がオンしている時間をＴＯＮ、オンデューティ比をＤ、キャリア周期をＴ、スイッチング周波数をｆｓｗとした場合、ＴＯＮは、式（１７）で表すことができる。
【数17】
【0060】
また、オンデューティ比Ｄは、入力電圧をＶｉｎ、出力電圧をＶｏｕｔとした場合、式（１８）で表すことができる。
【数18】
【0061】
式（１６）に式（１７）及び式（１８）を代入すると、リアクトル電流Ｉｉｎは、式（１９）で表すことができる。
【数19】
【0062】
一方、上限境界条件においては、リアクトル電流Ｉｉｎの平均値の２倍がリアクトル電流Ｉｉｎのリプル電流となるので、式（２０）が成り立つ。
【数20】
【0063】
式（１９）及び式（２０）より、放電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（放電）とが切り替わる上限境界条件におけるリアクトル電流の最大の電流値ＩＢＣＭＨｉｇｈは、式（２１）で表すことができる。
【数21】
【0064】
次に、放電モードでの下限境界条件について説明する。放電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（放電）とが切り替わる下限境界条件におけるリアクトル電流の最小の電流値ＩＢＣＭＬｏｗは、上アーム用パワースイッチング素子４がオフする時のリアクトル電流Ｉｉｎの絶対値がデッドタイムＴｄ中に増加する電流の電流値と同値である。
【0065】
上アーム用パワースイッチング素子４がオフするタイミングのリアクトル電流ＩｉｎがデッドタイムＴｄ中に増加するリアクトル電流の電流増加量ｄｉｔｄは、式（１６）を用いて、式（２２）で表すことができる。
【数22】
【0066】
上アーム用パワースイッチング素子４がオフするタイミングのリアクトル電流Ｉｉｎがデッドタイム中に増加する電流と同値となるためには、上アーム用パワースイッチング素子４がオフするタイミングのリアクトル電流Ｉｉｎが、上限境界条件におけるリアクトル電流の最大の電流値ＩＢＣＭＨｉｇｈから、デッドタイムＴｄ中の電流増加分ｄｉｔｄを減算した値と同値となればよい。よって、式（２１）及び式（２２）から式（２３）で表すことができる。
【数23】
【0067】
よって、式（２２）及び式（２３）から、放電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（放電）とが切り替わる下限境界条件におけるリアクトル電流の最小の電流値ＩＢＣＭＬｏｗは、式（２４）で表すことができる。
【数24】
【0068】
以上により、放電モードにおいて、電流不連続モード（放電）となるリアクトル電流の電流値Ｉｉｎの範囲は、式（２１）及び式（２４）から、式（２５）で表すことができる。
【数25】
【0069】
次にデッドタイムＴｄの影響による電流検出誤差について説明する。図５は、放電モードにおいて、リアクトル電流Ｉｉｎが下限境界条件以下の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。
【0070】
図５に示すように、リアクトル電流Ｉｉｎが下限境界条件以下の場合、電流検出タイミングであるキャリア周期の「谷」のタイミングＴａと、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎが平均値となるタイミングＴｂとが一致しているため、デッドタイムＴｄの影響による誤差はない。
【0071】
図６は、放電モードにおいて、リアクトル電流が上限境界条件以上の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。
【0072】
図６に示すように、リアクトル電流Ｉｉｎが上限境界条件以上の場合、電流検出タイミングであるキャリア周期の「谷」のタイミングＴａと、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎが平均値となるタイミングＴｂがデッドタイムＴｄの１／２ずれており、デッドタイムＴｄのずれの影響による電流検出誤差が生じる。この時の電流検出誤差は、式（２６）で表すことができる。
【数26】
【0073】
放電モードでの電流不連続モード（放電）となる電流値範囲は、デッドタイムＴｄのずれによる電流検出誤差を考慮すると、式（２５）及び式（２６）より、式（２７）で表すことができる。
【数27】
【0074】
さらに、入力電流検出器１１の精度誤差Ｉｄｅｔ_ｅｒｒを考慮すると、放電モードでの電流不連続モード（放電）となる電流値範囲は、式（２８）で表すことができる。
【数28】
【0075】
ここで、Ｉｄｅｔ_ｅｒｒは入力電流検出器１１の最大検出値の５％などに設定してよい。
【0076】
図７は、放電モードでの入力電流、すなわち、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎと、デューティ比との関係を示す。図７は、電流値Ｉｉｎの大きさに関わらず、デューティ比を式（１）で導出する場合、すなわち「連続モードＤｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係、及びデューティ比を式（７）で導出する場合、すなわち「不連続モードＤｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係を示す。さらに、図７は、電流値Ｉｉｎが式（２８）を満たす場合、デューティ比を式（７）で導出し、電流値Ｉｉｎが式（２８）を満たさない場合、デューティ比を式（１）で導出する場合、すなわち「混在制御Ｄｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係を示す。
【0077】
図７に示すように、混在制御Ｄｕｔｙの場合、放電モードにおいて、電流値Ｉｉｎが式（２８）を満たさない場合、デューティ比は、電流値Ｉｉｎの大きさにかからず、一定となり、電流値Ｉｉｎが式（２８）を満たす場合、デューティ比は、電流値Ｉｉｎの大きさに対して非線形に変化する。
【0078】
続いて、充電モードでの電流連続モードと、電流不連続モード（充電）とが切り替わる境界条件について説明する。充電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（充電）との上限境界条件は、デッドタイムＴｄ中に入力リアクトル３のリプル電流が０（Ａ）になる条件である。
【0079】
リプル電流を導出するための関係式は、放電モードのときと同じでよい。しかし、充電モードのときの入力リアクトル３に流れる電流の方向は、放電モードのときの方向とは逆になる。したがって、電流値Ｉｉｎの符号を考慮して、式（２１）に基づいて、充電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（放電）とが切り替わる上限境界条件におけるリアクトル電流の最大の電流値ＩＢＣＭＨｉｇｈは、式（２９）で表すことができる。
【数29】
【0080】
次に、下限境界条件について説明する。充電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（充電）とが切り替わる下限境界条件におけるリアクトル電流の最小の電流値ＩＢＣＭＬｏｗは、下アーム用パワースイッチング素子５がオフする時のリアクトル電流Ｉｉｎの絶対値がデッドタイムＴｄ中に減少する電流と同値である。
【0081】
下アーム用パワースイッチング素子５がオフするタイミングのリアクトル電流ＩｉｎがデッドタイムＴｄ中に減少するリアクトル電流の電流減少量ｄｉｔｄは、式（１６）を用いて、式（３０）で表すことができる。
【数30】
【0082】
下アーム用パワースイッチング素子５がオフするタイミングのリアクトル電流ＩｉｎがデッドタイムＴｄ中に減少する電流と同値となるためには、下アーム用パワースイッチング素子５がオフするタイミングのリアクトル電流Ｉｉｎが、上限境界条件におけるリアクトル電流の最大の電流値ＩＢＣＭＨｉｇｈに、デッドタイムＴｄ中の電流減少分ｄｉｔｄを加算した値と同値となればよい。よって、式（２９）及び式（３０）から式（３１）で表すことができる。
【数31】
【0083】
式（３０）及び式（３１）から、充電モードでの電流連続モードと電流不連続モード（充電）とが切り替わる下限境界条件におけるリアクトル電流の最小値の電流値ＩＢＣＭＬｏｗは、式（３２）で表すことができる。
【数32】
【0084】
以上より、充電モードにおいて、電流不連続モード（充電）となるリアクトル電流の電流値Ｉｉｎの範囲は、式（２９）及び式（３２）から、式（３３）で表すことができる。
【数33】
【0085】
次に、デッドタイムＴｄの影響による電流検出誤差について説明する。図８は、充電モードにおいて、リアクトル電流が下限境界条件以下の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。
【0086】
図８に示すように、リアクトル電流Ｉｉｎが下限境界条件以下の場合、電流検出タイミングであるキャリア周期の「谷」のタイミングＴａと、リアクトル電流のＩｉｎが平均値となるタイミングＴｂがデッドタイムＴｄの１／２ずれており、デッドタイムＴｄのすれの影響による電流検出誤差が生じる。この時の電流検出誤差は、式（２６）で表すＩｅｒｒ＿ｔｄと同じである。
【0087】
図９は、充電モードにおいて、リアクトル電流が上限境界条件以上の電流値となる場合のリアクトル電圧、入力電流、及びゲート信号の波形の一例を示す。
【0088】
図９に示すように、リアクトル電流Ｉｉｎが上限境界以上の場合、電流検出タイミングであるキャリア周期の「谷」のタイミングＴａと、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎが平均値となるタイミングＴｂとが一致しているため、デッドタイムＴｄの影響による誤差はない。
【0089】
充電モードでの電流不連続モード（充電）となる電流値範囲は、デッドタイムＴｄのずれによる電流検出誤差を考慮すると、式（２６）及び式（３３）より、式（３４）で表すことができる。
【数34】
【0090】
さらに、入力電流検出器１１の精度誤差Ｉｄｅｔ_ｅｒｒを考慮すると、充電モードでの電流不連続モード（充電）となる電流値範囲は、式（３５）で表すことができる。
【数35】
【0091】
ここで、Ｉｄｅｔ_ｅｒｒは入力電流検出器１１の最大検出値の５％などに設定してよい。
【0092】
リアクトル電流Ｉｉｎが式（２８）及び式（３５）で示す電流値範囲に含まれない場合、電力変換装置１００は、放電モード、または充電モードでの電流連続モードで動作している。
【0093】
図１０は、充電モードでの入力電流、すなわち、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎと。デューティ比との関係を示す。図１０は、電流値Ｉｉｎの大きさに関わらず、デューティ比を式（１）で導出する場合、すなわち「連続モードＤｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係、及びデューティ比を式（１５）で導出する場合、すなわち「不連続モードＤｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係を示す。さらに、図１０は、電流値Ｉｉｎが式（３５）を満たす場合、デューティ比を式（１５）で導出し、電流値Ｉｉｎが式（３５）を満たさない場合、デューティ比を式（１）で導出する場合、すなわち「混在制御Ｄｕｔｙ」のときの入力電流とデューティ比との関係を示す。
【0094】
図１０に示すように、充電モードにおいて、電流値Ｉｉｎが式（３５）を満たさない場合、デューティ比は、電流値Ｉｉｎの大きさにかからず、一定となり、電流値Ｉｉｎが式（３５）を満たす場合、デューティ比は、電流値Ｉｉｎの大きさに対して非線形に変化する。
【0095】
図１１は、制御部２０の機能ブロックの一例を示す。制御部２０は、ＡＶＲ部２０１、ＡＣＲ部２０２、加算器２２２、ＰＷＭ演算部２０３、電流モード判断部３００、及びデューティ比切替部４００を有する。
【0096】
ＡＶＲ部２０１は、自動電圧調節器であり、直流中間電圧検出値が直流中間電圧指令となる入力電流指令を演算し、ＡＣＲ部２０２に出力する。ＡＣＲ部２０２は、自動電流調節器であり、入力電流検出値が入力電流指令となるように指令値を演算する。
【0097】
電流モード判断部３００は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、キャリア周波数設定値、及びデッドタイム設定値に基づいて、電力変換装置１００の動作モードが、電流不連続モード（放電）、または電流不連続モード（充電）であるかを判定する。
【0098】
デューティ比切替部４００は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、デッドタイム値、及び入力電圧検出値に基づいて、現在の動作モードに応じたデューティ比を演算し、デューティ比を示す演算結果を出力する。
【0099】
加算器２２２は、ＡＣＲ部２０２の演算結果と、デューティ比切替部４００の演算結果とを加算して、λ指令として演算結果を出力する。ＰＷＭ演算部２０３は、λ指令の演算結果と、キャリア周波数波形とを比較することで、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５をオンオフさせる指令であるそれぞれのゲート信号を演算し、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のそれぞれにゲート信号を出力する。
【0100】
図１２は、ＡＶＲ部２０１、及びＡＣＲ部２０２の機能ブロックの一例を示す。ＡＶＲ部２０１は、減算器２２０と、ＰＩ調節器２１０とを有する。減算器２２０は、直流中間電圧指令値から、直流中間電圧検出値を減算して、偏差Ｅｖを演算し、偏差ＥｖをＰＩ調節器２１０を出力する。ＰＩ調節器２１０は、偏差Ｅｖに基づいて入力電流指令値を演算し、出力する。ＰＩ調節器２１０は、偏差Ｅｖに応じた比例制御Ｐ及び積分制御Ｉを実行し、偏差Ｅｖが小さくなるような入力電流指令値を演算する。
【0101】
ＡＣＲ部２０２は、減算器２２１と、ＰＩ調節器２１１とを有する。減算器２２１は、入力電流指令値から、入力電流検出値を減算して、偏差Ｅｃを演算し、偏差ＥｃをＰＩ調節器２１１に出力する。ＰＩ調節器２１１は、偏差Ｅｃに対して比例制御Ｐ及び積分制御Ｉを実行して、偏差Ｅｃが小さくなるような指令値を演算する。
【0102】
図１３は、電流モード判断部３００の機能ブロックの一例を示す。電流モード判断部３００は、放電上限値演算部３０１、放電下限値演算部３０２、充電上限値演算部３０３、充電下限値演算部３０４、コンパレータ３１０、３１１、３１２、及び３１３、ＡＮＤ演算器３２０、及び３２１を有する。
【0103】
放電上限値演算部３０１は、入力電圧値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、キャリ周波数設定値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（２８）に従って、放電モードでの電流不連続モード（放電）となる電流値範囲の上限値（放電）を演算する。放電下限値演算部３０２は、入力電圧値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、キャリ周波数設定値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（２８）に従って、放電モードでの電流不連続モード（放電）となる電流値範囲の下限値（放電）を演算する。
【0104】
充電上限値演算部３０３は、入力電圧値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、キャリ周波数設定値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（３５）に従って、充電モードでの電流不連続モード（充電）となる電流値範囲の上限値（充電）を演算する。充電下限値演算部３０４は、入力電圧値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、キャリ周波数設定値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（３５）に従って、充電モードでの電流不連続モード（充電）となる電流値範囲の下限値（充電）を演算する。
【0105】
コンパレータ３１０は、上限値（放電）より入力電流検出値が小さい場合、真「１」を出力する。コンパレータ３１１は、下限値（放電）より入力電流検出値が大きい場合、真「１」を出力する。ＡＮＤ演算器３２０は、コンパレータ３１０及びコンパレータ３１１の出力が共に真「１」である場合、電力変換装置１００が電流不連続モード（放電）で動作していることを示す信号をデューティ比切替部４００に出力する。ＡＮＤ演算器３２０は、コンパレータ３１０及びコンパレータ３１１の出力がいずれか一方が真「１」でない場合、電力変換装置１００が電流不連続モード（放電）で動作していないことを示す信号をデューティ比切替部４００に出力する。
【0106】
コンパレータ３１２は、上限値（充電）より入力電流検出値が小さい場合、真「１」を出力する。コンパレータ３１３は、下限値（充電）より入力電流値が大きい場合、真「１」を出力する。ＡＮＤ演算器３２１は、コンパレータ３１２及びコンパレータ３１３の出力が共に真「１」である場合、電力変換装置１００が電流不連続モード（充電）で動作していることを示す信号をデューティ比切替部４００に出力する。ＡＮＤ演算器３２１は、コンパレータ３１２及びコンパレータ３１３の出力がいずれか一方が真「１」でない場合、電力変換装置１００が電流不連続モード（充電）で動作していないことを示す信号をデューティ比切替部４００に出力する。
【0107】
図１４は、デューティ比切替部４００の機能ブロックの一例を示す。デューティ比切替部４００は、連続モードデューティ比演算部４０１、不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２、不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３、コンパレータ４２０、及びデューティ比選択部４１０を有する。
【0108】
連続モードデューティ比演算部４０１は、入力電圧値、及び直流中間電圧検出値の入力を受けて、式（１）に従って、電流連続モードにおけるデューティ比ＤＣＣＭを演算する。
【0109】
不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（７）に従って、電流不連続モード（放電）におけるデューティ比ＤＤＣＭ（放電）を演算する。
【0110】
不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（１５）に従って、電流不連続モード（放電）におけるデューティ比ＤＤＣＭ（充電）を演算する。
【0111】
コンパレータ４２０は、入力電流検出値と、０とを比較し、入力電流検出値が０より大きい場合、真「１」を出力し、入力電流検出値が０より小さい場合、偽「０」を出力する。コンパレータ４２０の出力が真「１」の場合、電力変換装置１００が放電モードであり、偽「０」の場合、電力変換装置１００が充電モードである。
【0112】
不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２は、コンパレータ４２０の出力が真「１」の場合、デューティ比ＤＤＣＭ（放電）を演算し、コンパレータ４２０の出力が偽「０」の場合、デューティ比ＤＤＣＭ（放電）を演算しない。
【0113】
不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３は、コンパレータ４２０の出力が真「１」の場合、デューティ比ＤＤＣＭ（充電）を演算せず、コンパレータ４２０の出力が偽「０」の場合、デューティ比ＤＤＣＭ（充電）を演算する。
【0114】
不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２、及び不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３のデューティ比の演算をいずれか一方に制限することで、演算時間を短縮できる。
【0115】
デューティ比選択部４１０は、電流モード判断部３００の出力に応じて、連続モードデューティ比演算部４０１、不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２、及び不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３の何れか１つの演算結果となるデューティ比を出力する。
【0116】
デューティ比選択部４１０は、電流不連続モード（放電）の信号が偽「０」で、かつ電流不連続モード（充電）の信号が偽「０」である場合、連続モードデューティ比演算部４０１の演算結果を選択して、出力する。
【0117】
デューティ比選択部４１０は、電流不連続モード（放電）の信号が真「１」で、電流不連続モード（充電）の信号が偽「０」である場合、不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２の演算結果を選択して、出力する。
【0118】
デューティ比選択部４１０は、電流不連続モード（放電）の信号が偽「０」で、電流不連続モード（充電）の信号が真「１」である場合、不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３の演算結果を選択して、出力する。
【0119】
図１５は、デューティ比切替部４００の機能ブロックの他の一例を示す。図１４に示すデューティ比切替部４００と同様に、連続モードデューティ比演算部４０１は、入力電圧値、及び直流中間電圧検出値の入力を受けて、式（１）に従って、電流連続モードにおけるデューティ比ＤＣＣＭを演算する。
【0120】
不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（７）に従って、電流不連続モード（放電）におけるデューティ比ＤＤＣＭ（放電）を演算する。
【0121】
不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３は、入力電圧検出値、直流中間電圧検出値、インダクタンス値、及びデッドタイム設定値の入力を受けて、式（１５）に従って、電流不連続モード（放電）におけるデューティ比ＤＤＣＭ（充電）を演算する。
【0122】
減算器４３０は、連続モードデューティ比演算部４０１の演算結果から、不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２の演算結果を減算して、積算器４７０に出力する。スイッチ４５０は、電流不連続モード（放電）の信号が真「１」で、かつ電流不連続モード（充電）の信号が偽「０」である場合、真「１」をＬＰＦ４６０に出力する。スイッチ４５０は、電流不連続モード（放電）の信号が真「１」で、かつ電流不連続モード（充電）の信号が偽「０」でない場合、偽「０」をＬＰＦ４６０に出力する。ＬＰＦ４６０は、予め定められた時定数で入力値を変化させた結果を積算器４７０に出力する。ＬＰＦ４６０の時定数は、５０ｍｓなどに設定されてよい。
【0123】
積算器４７０は、ＬＰＦ４６０の出力と減算器４３０の演算結果を積算し、減算器４３２に出力する。減算器４３２は、連続モードデューティ比演算部４０１の演算結果から積算器４７０の積算結果を減算する。
【0124】
これにより、ＬＰＦ４６０の時定数によってデューティ比の変化を緩やかにできるので、電流連続モードでのデューティ比と電流不連続モード（放電）でのデューティ比との切り替え時の影響を緩和しつつ、直流中間電圧を安定して制御できる。
【0125】
減算器４３１は、連続モードデューティ比演算部４０１の演算結果から、不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３の演算結果を減算して、積算器４７１に出力する。スイッチ４５１は、電流不連続モード（充電）の信号が真「１」で、かつ電流不連続モード（放電）の信号が偽「０」である場合、真「１」をＬＰＦ４６１に出力する。スイッチ４５１は、電流不連続モード（充電）の信号が真「１」で、かつ電流不連続モード（充電）の信号が偽「０」でない場合、偽「０」をＬＰＦ４６１に出力する。ＬＰＦ４６１は、予め定められた時定数で入力値を変化させた結果を積算器４７１に出力する。ＬＰＦ４６１の時定数は、５０ｍｓなどに設定されてよい。
【0126】
積算器４７１は、ＬＰＦ４６１の出力と減算器４３１の演算結果を積算し、減算器４３３に出力する。減算器４３３は、連続モードデューティ比演算部４０１の演算結果から積算器４７１の積算結果を減算する。
【0127】
これにより、ＬＰＦ４６１の時定数によってデューティ比の変化を緩やかにできるので、電流連続モードでのデューティ比と電流不連続モード（充電）でのデューティ比との切り替え時の影響を緩和しつつ、直流中間電圧を安定して制御できる。
【0128】
図１６は、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎの大きさによらず、式（１）に従って導出されたデューティ比で電力変換装置１００を動作させる場合の制御部２０の機能ブロックの一例である。制御部２０は、電流モード判断部３００、不連続モード（放電）デューティ比演算部４０２及び不連続モード（充電）デューティ比演算部４０３を有さない点で、図１１に示す制御部２０と異なる。
【0129】
図１６に示す制御部２０によれば、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎの大きさによらず、連続モードデューティ比演算部４０１が、入力電圧検出値、及び中間電圧検出値の入力を受けて、式（１）に従ってデューティ比を演算する。
【0130】
図１７Ａは、図１６に示す制御部２０で上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフを制御する場合の入力電圧、及び出力電圧（中間電圧）の時間変化を示す。図１７Ｂは、図１６に示す制御部２０で上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフを制御する場合のリアクトル電流の時間変化を示す。
【0131】
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、リアクトル電流の電流値Ｉｉｎの大きさによらず、入力電圧検出値、及び中間電圧検出値に基づく式（１）に従ったデューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５をオンオフする場合、リアクトル電流が安定せず、出力電圧が安定しない。
【0132】
図１８Ａは、図１１に示す制御部２０で上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフを制御する場合の入力電圧、及び出力電圧（中間電圧）の時間変化を示す。図１８Ｂは、図１１に示す制御部２０で上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５のオンオフを制御する場合のリアクトル電流の時間変化を示す。
【0133】
図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、デッドタイム中に、入力リアクトル３に流れる電流がゼロにならない場合と異なるデューティ比で、上アーム用パワースイッチング素子４及び下アーム用パワースイッチング素子５をオンオフさせることで、リアクトル電流が安定し、出力電圧が不安定になることを抑制できる。
【0134】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0135】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0136】
１ 昇降圧コンバータ
２ 入力フィルタコンデンサ
３ 入力リアクトル
４ 上アーム用パワースイッチング素子
５ 下アーム用パワースイッチング素子
６ 直流中間コンデンサ
１０ 入力電圧検出器
１１ 入力電流検出器
１２ 直流中間電圧検出器
２０ 制御部
１００ 電力変換装置
１０１ 蓄電池
１０２ 発電モータ
１０３ 充電用インバータ
１０４ 駆動用インバータ
１０５ 駆動モータ
２０１ ＡＶＲ部
２０２ ＡＣＲ部
２０３ ＰＷＭ演算部
２１０，２１１ ＰＩ調節器
２２０，２２１ 減算器
２２２ 加算器
３００ 電流モード判断部
３０１ 放電上限値演算部
３０２ 放電下限値演算部
３０３ 充電上限値演算部
３０４ 充電下限値演算部
３１０，３１１，３１２，３１３ コンパレータ
３２０，３２１ ＡＮＤ演算器
４００ デューティ比切替部
４０１ 連続モードデューティ比演算部
４０２ 不連続モード（放電）デューティ比演算部
４０３ 不連続モード（充電）デューティ比演算部
４１０ デューティ比選択部
４２０ コンパレータ
４３０，４３１，４３２，４３３ 減算器
４５０，４５１ スイッチ
４７０，４７１ 積算器
２ 入力フィルタコンデンサ
３ 入力リアクトル
４ 上アーム用パワースイッチング素子
５ 下アーム用パワースイッチング素子
６ 直流中間コンデンサ
１０ 入力電圧検出器
１１ 入力電流検出器
１２ 直流中間電圧検出器
２０ 制御部
１００ 電力変換装置
１０１ 蓄電池
１０２ 発電モータ
１０３ 充電用インバータ
１０４ 駆動用インバータ
１０５ 駆動モータ
２０１ ＡＶＲ部
２０２ ＡＣＲ部
２０３ ＰＷＭ演算部
２１０，２１１ ＰＩ調節器
２２０，２２１ 減算器
２２２ 加算器
３００ 電流モード判断部
３０１ 放電上限値演算部
３０２ 放電下限値演算部
３０３ 充電上限値演算部
３０４ 充電下限値演算部
３１０，３１１，３１２，３１３ コンパレータ
３２０，３２１ ＡＮＤ演算器
４００ デューティ比切替部
４０１ 連続モードデューティ比演算部
４０２ 不連続モード（放電）デューティ比演算部
４０３ 不連続モード（充電）デューティ比演算部
４１０ デューティ比選択部
４２０ コンパレータ
４３０，４３１，４３２，４３３ 減算器
４５０，４５１ スイッチ
４７０，４７１ 積算器
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】