JP2009017750A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源の電圧の振幅を変換する電圧変換回路の平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電に関する。 The present invention relates to the discharge of charge accumulated in a smoothing capacitor of a voltage conversion circuit that converts the amplitude of a voltage of a power supply.
ハイブリッド自動車、燃料電池車両や電動車両などでは、発電・電動機(以下、電動機又はモータと略す)により、駆動力が生成され、車軸に伝達される。車両の走行状態に応じた最適な駆動力を得るために、バッテリの電源電圧を昇降圧コンバータにより、所望の電圧に昇圧し、該昇圧電圧に基づき、インバータにより直流/3相交流に変換し、モータの駆動力を得ている。また、車軸から電動機に伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータより3相交流/直流変換し、昇降圧コンバータにより、降圧してバッテリに回生している。昇圧電圧を一定に保持するために、電動機等の負荷に並列に平滑コンデンサが設けられている。このような構成において、メンテナンス時の作業員の安全を担保するため等から、車両等を停止したとき、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する必要がある。 In a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and the like, a driving force is generated and transmitted to an axle by a generator / motor (hereinafter abbreviated as an electric motor or a motor). In order to obtain the optimum driving force according to the running state of the vehicle, the power supply voltage of the battery is boosted to a desired voltage by the step-up / down converter, and converted to DC / 3-phase AC by the inverter based on the boosted voltage, The driving force of the motor is obtained. Also, the kinetic energy transmitted from the axle to the electric motor is converted into electric energy, three-phase AC / DC conversion is performed by an inverter, and the voltage is stepped down by a step-up / down converter and regenerated to the battery. In order to keep the boosted voltage constant, a smoothing capacitor is provided in parallel with a load such as an electric motor. In such a configuration, it is necessary to discharge the electric charge accumulated in the smoothing capacitor when the vehicle or the like is stopped in order to ensure the safety of the worker during maintenance.
従来、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する先行技術としては、特許文献1がある。特許文献1では、平滑コンデンサに並列に接続される、昇降圧コンバータの上下のアームを構成する上下のスイッチング素子を同時にONして、上下のスイッチング素子を短絡し、スイッチング素子でのスイッチング損失及び導通損失によるジュール熱により平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電している。
従来の平滑コンデンサの放電では、上下のスイッチング素子を短絡させることから、ハイ(H)側からロー(L)側に大きな短絡電流の突入電流が上下のスイッチング素子に流れ、上下のスイッチング素子の発熱量が大きくなり、スイッチング素子や平滑コンデンサを接続するコンデンサ端子等の各部品の寿命に影響する。 In the conventional discharge of the smoothing capacitor, the upper and lower switching elements are short-circuited, so that a large inrush current flows from the high (H) side to the low (L) side to the upper and lower switching elements, and the upper and lower switching elements generate heat. The amount increases, and this affects the life of each component such as a capacitor terminal to which a switching element and a smoothing capacitor are connected.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、上下のアームを短絡して平滑コンデンサの電荷を放電するのではなく、放電電流及び発熱量を抑制して、部品の寿命に悪影響を及ぼすことを抑制できる制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and does not short-circuit the upper and lower arms to discharge the electric charge of the smoothing capacitor, but rather suppresses the discharge current and the amount of heat generated, thereby adversely affecting the life of the component. An object of the present invention is to provide a control device that can suppress the effect.
請求項1記載の発明によれば、電源と、負荷と、前記電源の電圧の振幅を変換する電圧変換回路と、前記電源から前記電圧変換回路へ電力供給を実施又は遮断する前記電源側の断接手段とを備えた制御装置であって、前記電圧変換回路は、複数のスイッチング素子及び複数のリアクトルと、前記負荷に対して並列に接続された平滑コンデンサを含み、前記平滑コンデンサと複数の前記スイッチング素子と一つ以上の前記リアクトルから該スイッチング素子をONすることによって第1の閉回路を構成し、前記平滑コンデンサと複数の前記スイッチング素子と一つ以上の前記リアクトルから該スイッチング素子をONすることによって前記第1の閉回路とは異なる第2の閉回路を構成し、前記電源側の断接手段によって前記電源から前記電圧変換回路への電力供給が遮断されているときに、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記第1の閉回路と前記第2の閉回路を順次変更して通電することを特徴とする制御装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the power supply, the load, the voltage conversion circuit that converts the amplitude of the voltage of the power supply, and the interruption on the power supply side that implements or cuts off the power supply from the power supply to the voltage conversion circuit. The voltage conversion circuit includes a plurality of switching elements and a plurality of reactors, and a smoothing capacitor connected in parallel to the load, the smoothing capacitor and the plurality of the A first closed circuit is configured by turning on the switching element from the switching element and one or more of the reactors, and the switching element is turned on from the smoothing capacitor, the plurality of switching elements, and one or more of the reactors. As a result, a second closed circuit different from the first closed circuit is formed, and the voltage change is performed from the power source by the connecting / disconnecting means on the power source side. Provided is a control device characterized in that when the power supply to the circuit is interrupted, the first closed circuit and the second closed circuit are sequentially changed and energized by an on / off operation of the switching element. The
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記電圧変換回路は、前記電圧変換回路から前記負荷へ電力供給を実施又は遮断する前記負荷側の断接手段を更に備え、前記電源側の断接手段及び前記負荷側の断接手段により前記電源から前記負荷への電力供給が遮断されているときに、前記各スイッチング素子のオンオフ動作により前記第1の閉回路と前記第2の閉回路を順次変更して通電することを特徴とする制御装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the voltage conversion circuit further includes connection / disconnection means on the load side for performing or cutting off power supply from the voltage conversion circuit to the load, When the power supply from the power source to the load is interrupted by the power source side connecting / disconnecting means and the load side connecting / disconnecting means, the first closed circuit and the first closed circuit are turned on and off by the switching elements. A control device is provided in which the two closed circuits are sequentially changed and energized.
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明において、前記電圧変換回路は、前記各リアクトルから見て高電位側及び低電位側のそれぞれに複数の前記スイッチング素子が設けられており、高電位側及び低電位側のいずれか一方の側の前記スイッチング素子を同時に複数ONにし、他方の側の前記スイッチング素子を一つ以上ONすることによって前記第1及び第2の閉回路を構成することを特徴とする制御装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the voltage conversion circuit includes a plurality of the switching elements on each of a high potential side and a low potential side as viewed from each reactor. A plurality of the switching elements on one of the high potential side and the low potential side are simultaneously turned on, and one or more of the switching elements on the other side are turned on, whereby the first and second closings are performed. A control device is provided that comprises a circuit.
請求項4記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明において、前記電圧変換回路は、前記各リアクトルから見て高電位側及び低電位側のそれぞれに複数の前記スイッチング素子が設けられており、前記リアクトルから見て低電位側のスイッチング素子を前記高電位側の各スイッチング素子に先立ってONにすることによって、前記第1及び第2の閉回路を構成することを特徴とする制御装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the voltage conversion circuit includes a plurality of the switching elements on each of a high potential side and a low potential side as viewed from each reactor. The first and second closed circuits are configured by turning on a switching element on the low potential side as viewed from the reactor prior to each switching element on the high potential side. A control device is provided.
請求項5記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記スイッチング素子は、所定時間毎にオンオフ動作をさせることを特徴とする制御装置が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the control device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the switching element performs an on / off operation every predetermined time.
請求項6記載の発明によれば、請求項2記載の発明において、前記負荷側の断接手段はインバータであり、前記負荷は電動機であることを特徴とする制御装置が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the control device according to the second aspect, wherein the load side connecting / disconnecting means is an inverter, and the load is an electric motor.
請求項7記載の発明によれば、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記第1及び第2の閉回路は、前記各スイッチング素子に並列に接続されるダイオードを備え、前記電圧変換回路は、前記電源の電圧を昇圧して該昇圧電圧を前記負荷側に供給する昇圧コンバータである制御装置が提供される。 According to the invention of claim 7, in the invention of any one of claims 1 to 6, the first and second closed circuits include diodes connected in parallel to the switching elements, The voltage conversion circuit is provided with a control device that is a boost converter that boosts the voltage of the power supply and supplies the boosted voltage to the load side.
請求項1記載の発明によると、電源側の断接手段によって電源から電圧変換回路への電力供給が遮断されているときに、スイッチング素子のオンオフ動作により第1の閉回路と第2の閉回路を順次変更して通電するので、通電した第1及び第2の閉回路中の複数のスイッチング素子及びリアクトルを通して、平滑コンデンサに蓄積された電荷が放電して放電電流が流れ、リアクトルのインダクタンスにより放電電流が抑制される。また、リアクトルの抵抗によるジュール熱による放出及びリアクトルに蓄積された磁気エネルギーが大気中に放出され、スイッチング素子に流れる電流が抑制されて、スイッチング素子のストレスを緩和することができ、放電によるスイッチング素子の寿命に悪影響を及ぼすことを抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, when the power supply from the power source to the voltage conversion circuit is interrupted by the connecting / disconnecting means on the power source side, the first closed circuit and the second closed circuit are turned on and off by the switching element. Since the current is sequentially changed, the electric charge accumulated in the smoothing capacitor is discharged through the plurality of switching elements and reactors in the first and second closed circuits that are energized, and a discharge current flows, and is discharged by the inductance of the reactor. Current is suppressed. Also, the release of Joule heat due to the resistance of the reactor and the magnetic energy accumulated in the reactor are released into the atmosphere, the current flowing through the switching element is suppressed, the stress of the switching element can be reduced, and the switching element due to discharge Adversely affecting the lifespan of the product.
請求項2記載の発明によると、電源側の断接手段及び負荷側の断接手段により電源から負荷への電力供給が遮断されているときに、各スイッチング素子のオンオフ動作により第1の閉回路と第2の閉回路を順次変更して通電するので、電源や負荷側に不所望な電力を供給することを防止できる。 According to the second aspect of the present invention, when the power supply from the power source to the load is interrupted by the power source side connecting / disconnecting means and the load side connecting / disconnecting means, the first closed circuit is turned on and off by each switching element. Since the second closed circuit is sequentially changed and energized, it is possible to prevent undesired power from being supplied to the power source or the load side.
請求項3記載の発明によると、高電位側及び低電位側のいずれか一方の側のスイッチング素子を同時に複数ONにし、他方の側のスイッチング素子を一つ以上ONすることによって第1及び第2の閉回路を構成するので、同時に複数ONした高電位側から低電位側、又は高電位側から同時に複数ONした低電位側に複数の放電経路により放電電流が流れ、放電電流を大きくすることができ、放電時間を短縮することができる。 According to the third aspect of the present invention, a plurality of switching elements on either the high-potential side or the low-potential side are simultaneously turned on, and one or more switching elements on the other side are turned on. Therefore, the discharge current flows from the high potential side that is turned ON simultaneously to the low potential side, or from the high potential side to the low potential side that is turned ON simultaneously. And the discharge time can be shortened.
請求項4記載の発明によると、電圧変換回路は、各リアクトルから見て高電位側及び低電位側のそれぞれに複数のスイッチング素子が設けられており、リアクトルから見て低電位側のスイッチング素子を高電位側の各スイッチング素子に先立ってONにするので、高電位側のスイッチング素子がONした時点では、既に、低電位側のスイッチング素子がONしており、該ONした高電位側のスイッチング素子を含む閉回路が構成されて平滑コンデンサから放電電流が閉回路に流れる。もし、高電位側のスイッチング素子がONした時点で低電位側のスイッチング素子がOFFしたままであれば、電源側の断接手段により、電源側が電圧変換回路から遮断されるので、断接手段等に平滑コンデンサから高電位が印加され、断接手段等の電源側の部品に高耐圧なものが必要とされる。ところが、平滑コンデンサから放電電流が閉回路に流れることから、閉回路を構成するリアクトルにより電圧が下がり、断接手段等の電源側の部品をより低耐圧なもので良い。 According to the invention of claim 4, the voltage conversion circuit is provided with a plurality of switching elements on each of the high potential side and the low potential side when viewed from each reactor, and the switching element on the low potential side when viewed from the reactor is provided. Since the switching element on the high potential side is turned on prior to each switching element on the high potential side, when the switching element on the high potential side is turned on, the switching element on the low potential side has already been turned on. And a discharge current flows from the smoothing capacitor to the closed circuit. If the switching element on the low potential side remains OFF when the switching element on the high potential side is turned ON, the power supply side is disconnected from the voltage conversion circuit by the connecting / disconnecting means on the power supply side. In addition, a high potential is applied from the smoothing capacitor, and a high-voltage component is required for the power supply side components such as the connecting / disconnecting means. However, since the discharge current flows from the smoothing capacitor to the closed circuit, the voltage is lowered by the reactor constituting the closed circuit, and the power supply side components such as the connecting / disconnecting means may have a lower withstand voltage.
請求項5記載の発明によると、スイッチング素子を所定時間毎に一定周期でオンオフ動作をさせるので、各スイッチング素子やリアクトルに対して、熱やストレス等を均等化できる。 According to the fifth aspect of the invention, since the switching elements are turned on and off at regular intervals every predetermined time, heat, stress and the like can be equalized for each switching element and reactor.
請求項6記載の発明によると、負荷側の断接手段はインバータであり、負荷は電動機であるので、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電する際には、インバータのスイッチング素子を全てOFFすることにより、電圧変換回路からの電動機への電力供給が遮断され、電動機に不所望のトルクを供給することを阻止することができる。 According to the invention described in claim 6, since the load side connecting / disconnecting means is an inverter and the load is an electric motor, when discharging the electric charge accumulated in the smoothing capacitor, all the switching elements of the inverter are turned OFF. Thus, power supply from the voltage conversion circuit to the electric motor is interrupted, and it is possible to prevent undesired torque from being supplied to the electric motor.
請求項7記載の発明によると、第1及び第2の閉回路は、各スイッチング素子に並列に接続されるダイオードを備え、電圧変換回路は、電源の電圧を昇圧して、該昇圧電圧を負荷側に供給する昇圧コンバータであるので、昇圧コンバータにおいて、スイッチング素子を流れる電流が抑制されて、スイッチング素子のストレスによる寿命の劣化を緩和することができ、放電によるスイッチング素子の寿命に悪影響を及ぼすことを抑制できる。 According to the invention described in claim 7, the first and second closed circuits include the diodes connected in parallel to the respective switching elements, and the voltage conversion circuit boosts the voltage of the power supply and loads the boosted voltage to the load. Since the step-up converter is supplied to the side, the current flowing through the switching element is suppressed in the step-up converter, and the deterioration of the life due to the stress of the switching element can be alleviated, and the life of the switching element due to discharge is adversely affected. Can be suppressed.
図1は本発明の実施形態に係る車両システムの概略構成図である。図1に示すように、車両システムは、バッテリ2、昇圧器4、インバータ6、DCDCコンバータ8、電動エアコン10、電動オイルポンプ12、電動パワーステアリング14、電動機16、位置検出手段18、エンジン20、マネージメントECU22、エンジンECU24、モータECU26、バッテリECU28及び昇圧器ECU30を具備する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vehicle system includes a
バッテリ2は、電動機16に昇圧器4やインバータ6を介して電力供給するための蓄電装置であり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などであり、複数の単電池がモジュール化された複数のバッテリブロックが直列接続されている。バッテリ2はキャパシタでも良い。
The
昇圧器4は、バッテリ2からのバッテリ電圧を所定の昇圧電圧に電圧の変調を行う電圧変換の変調を行う電圧変換器(昇降圧コンバータ)であり、図2に示すように、コンタクタ50、バッテリ側平滑コンデンサC0、リアクトルLX,LY,LZ、スイッチング素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZL、フライホイールダイオードDXH,DYH,DZH,DXL,DYL,DZL、コンデンサCXH,CYH,CZH,CXL,CYL,CZL、高圧側平滑コンデンサC1及び電圧センサ52を備える。
The booster 4 is a voltage converter (buck-boost converter) that performs voltage conversion modulation that modulates the battery voltage from the
コンタクタ50は、バッテリ2の正極と昇圧器4のハイ側との接続を機械的にON/OFFする1a接点構成のリレーで構成され、昇圧器への電力供給を実施又は遮断するバッテリ2側の断接手段であり、一方の接点がバッテリ2の正極に接続され、他方の接点が平滑コンデンサC0の正極、及びリアクトルLX,LY,LZの一方の端子に接続されている。
The
平滑コンデンサC0は、バッテリ2からの電圧を平滑化するコンデンサであり、正極がコンタクタ50の他方の接点に接続され、負極がバッテリ2の負極に接続されている。
The smoothing capacitor C <b> 0 is a capacitor that smoothes the voltage from the
リアクトルLXは、昇降圧のためのX相のリアクトルであり、一方の端子がコンタクタ50の他方の接点に接続され、他方の端子がスイッチング素子XHのエミッタ、スイッチング素子XLのコレクタ、フライホイールダイオードDXHのアノード、フライホイールダイオードDXLのカソード、コンデンサCXH,CXLの一方の電極に接続されている。
The reactor LX is an X-phase reactor for step-up / step-down, one terminal is connected to the other contact of the
リアクトルLYは、昇降圧のためのY相のリアクトルであり、一方の端子がコンタクタ50の他方の接点に接続され、他方の端子がスイッチング素子YHのエミッタ、スイッチング素子YLのコレクタ、フライホイールダイオードDYHのアノード、フライホイールダイオードDYLのカソード、コンデンサCYH,CYLの一方の電極に接続されている。
Reactor LY is a Y-phase reactor for step-up / step-down, one terminal is connected to the other contact of
リアクトルLZは、昇降圧のためのZ相のリアクトルであり、一方の端子がコンタクタ50の他方の接点に接続され、他方の端子がスイッチング素子ZHのエミッタ、スイッチング素子ZLのコレクタ、フライホイールダイオードDZHのアノード、フライホイールダイオードDZLのカソード、コンデンサCZH,CZLの一方の電極に接続されている。
Reactor LZ is a Z-phase reactor for step-up / step-down, one terminal is connected to the other contact of
H側スイッチング素子XHは、例えば、IGBT素子であり、エミッタがリアクトルLXの他方の端子に接続され、コレクタが平滑コンデンサC1の正極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。H側フライホイールダイオードDXHは、H側IGBT素子XHと逆並列に接続され、アノードがH側IGBT素子XHのエミッタに接続され、カソードがH側IGBT素子XHのコレクタに接続されている。H側コンデンサCXHはH側IGBT素子XHのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がH側IGBT素子XHのコレクタ及びH側フライホイールダイオードDXHのカソードに接続され、他方の電極がH側IGBT素子XHのエミッタ及びH側フライホイールダイオードDXHのアノードに接続されている。
The H-side switching element XH is, for example, an IGBT element, the emitter is connected to the other terminal of the reactor LX, and the collector is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1. A gate signal is input from the
L側IGBT素子XLは、コレクタがリアクトルLXの他方の端子に接続され、エミッタがバッテリ2の負極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。L側フライホイールダイオードDXLは、L側IGBT素子XLと逆並列に接続され、アノードがL側IGBT素子XLのエミッタに接続され、カソードがL側IGBT素子XLのコレクタに接続されている。L側コンデンサCXLはL側IGBT素子XLのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がL側IGBT素子XLのコレクタ及びL側フライホイールダイオードDXLのカソードに接続され、他方の電極がL側IGBT素子XLのエミッタ及びL側フライホイールダイオードDXLのアノードに接続されている。
L-side IGBT element XL has a collector connected to the other terminal of reactor LX and an emitter connected to the negative electrode of
H側IGBT素子YHは、エミッタがリアクトルLYの他方の端子に接続され、コレクタが平滑コンデンサC1の正極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。H側フライホイールダイオードDYHは、H側IGBT素子YHと逆並列に接続され、アノードがH側IGBT素子YHのエミッタに接続され、カソードがH側IGBT素子YHのコレクタに接続されている。H側コンデンサCYHはH側IGBT素子YHのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がH側IGBT素子YHのコレクタ及びH側フライホイールダイオードDYHのカソードに接続され、他方の電極がH側IGBT素子YHのエミッタ及びH側フライホイールダイオードDYHのアノードに接続されている。
The H-side IGBT element YH has an emitter connected to the other terminal of the reactor LY and a collector connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1. A gate signal is input from the
L側IGBT素子YLは、コレクタがリアクトルLYの他方の端子に接続され、エミッタがバッテリ2の負極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。L側フライホイールダイオードDYLは、L側IGBT素子YLと逆並列に接続され、アノードがL側IGBT素子YLのエミッタに接続され、カソードがL側IGBT素子YLのコレクタに接続されている。L側コンデンサCYLはL側IGBT素子YLのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がL側IGBT素子YLのコレクタ及びL側フライホイールダイオードDYLのカソードに接続され、他方の電極がL側IGBT素子YLのエミッタ及びL側フライホイールダイオードDYLのアノードに接続されている。
L-side IGBT element YL has a collector connected to the other terminal of reactor LY and an emitter connected to the negative electrode of
H側IGBT素子ZHは、エミッタがリアクトルLZの他方の端子に接続され、コレクタが平滑コンデンサC1の正極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。H側フライホイールダイオードDZHは、H側IGBT素子ZHと逆並列に接続され、アノードがH側IGBT素子ZHのエミッタに接続され、カソードがH側IGBT素子ZHのコレクタに接続されている。H側コンデンサCZHはH側IGBT素子ZHのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がH側IGBT素子ZHのコレクタ及びH側フライホイールダイオードDZHのカソードに接続され、他方の電極がH側IGBT素子ZHのエミッタ及びH側フライホイールダイオードDZHのアノードに接続されている。
The H-side IGBT element ZH has an emitter connected to the other terminal of the reactor LZ and a collector connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1. A gate signal is input from the
L側IGBT素子ZLは、コレクタがリアクトルLZの他方の端子に接続され、エミッタがバッテリ2の負極に接続されている。ゲートには、昇圧器ECU30からゲート信号が入力される。L側フライホイールダイオードDZLは、L側IGBT素子ZLと逆並列に接続され、アノードがL側IGBT素子ZLのエミッタに接続され、カソードがL側IGBT素子ZLのコレクタに接続されている。L側コンデンサCZLはL側IGBT素子ZLのソフトスイッチングのためのコンデンサであり、一方の電極がL側IGBT素子ZLのコレクタ及びL側フライホイールダイオードDZLのカソードに接続され、他方の電極がL側IGBT素子ZLのエミッタ及びL側フライホイールダイオードDZLのアノードに接続されている。
L-side IGBT element ZL has a collector connected to the other terminal of reactor LZ and an emitter connected to the negative electrode of
リアクトルLX,LY,LZ等をX,Y,Z相としたのは、昇圧時や降圧時において、H側IGBT素子XH,YH,ZH,L側IGBT素子XL,YL,ZLを120°ずつずらしてON/OFFして、リプル電流を抑制するためである。 Reactors LX, LY, LZ, etc. are in the X, Y, Z phase because the H-side IGBT elements XH, YH, ZH and L-side IGBT elements XL, YL, ZL are shifted by 120 ° at the time of step-up or step-down. This is because the ripple current is suppressed by turning ON / OFF.
平滑コンデンサC1は昇圧電圧を平滑化するコンデンサであり、正極がH側IGBT素子XH,YH,ZHのコレクタに接続され、負極がバッテリ2の負極に接続されている。電圧センサ52は、平滑コンデンサC1の両端の電圧を検出するセンサであり、電圧に対応する電気信号、例えば、アナログ信号を出力する。電圧センサ52の出力信号は、昇圧器ECU30に入力される。
The smoothing capacitor C1 is a capacitor that smoothes the boosted voltage. The positive electrode is connected to the collectors of the H-side IGBT elements XH, YH, and ZH, and the negative electrode is connected to the negative electrode of the
インバータ6は、昇圧器4から電動機16(負荷)へ電力供給を実施又は遮断する負荷16側の断接手段であり、昇圧器4より昇圧された昇圧電圧をモータECU26による図示しないIGBT素子のON/OFFのPWM制御により3相の交流電圧に変換して、電動機16に出力し、電動機16からの3相交流電圧をモータECU26の制御により図示しない全IGBT素子のOFFによる全波整流により直流電圧に変換する。
The inverter 6 is a connecting / disconnecting means on the side of the
なお、後述する昇圧器4の平滑コンデンサC1の放電時には、インバータ6のIGBT素子は、モータECU26の制御により全てOFFされ、平滑コンデンサC1から電動機16への不所望のトルクの供給が防止される。
When the smoothing capacitor C1 of the booster 4 to be described later is discharged, all IGBT elements of the inverter 6 are turned off under the control of the
DCDCコンバータ8は、バッテリ2からの電圧を降圧して、補機バッテリを充電する。電動エアコン10は、バッテリ2からの電圧に基づいて、エアコンディショナを駆動する。電動オイルポンプ12は、バッテリ2からの電圧に基づいて、オイルポンプを駆動する。電動パワーステアリング14は、バッテリ2からの電圧に基づいて、ステアリングを駆動する。
電動機16はエンジン20に連結される。位置検出手段18は、電動機16のステータとロータとの相対回転角を検出するセンサであり、相対回転角に対応する電気信号(位置信号)、例えば、アナログ信号を出力する。エンジン20は、例えば、4サイクルDOHC型の火花点火式ガソリン内燃機関である。
The
マネージメントECU22は、エンジンECU24から出力されるエンジン状態からエンジン始動許可・出力指令をエンジンECU24に対して行い、エンジン状態やモータECU26から出力される電動機状態から電動機トルクを算出し、トルク指令をモータECU26に対して行う。また、エンジン状態及びバッテリECU28からのバッテリ2の残容量SOCに基づいて、モータECU26に対して回生制御を指示する。
The
モータECU26は、マネージメントECU22からの電動機トルク指令に基づいて、電動機16の駆動時では、昇圧器4からの直流電圧から交流に変換のためにPWM変調方式によりゲート信号をインバータ6に出力し、回生時では、電動機16から出力される3相の交流電圧を全波整流により直流電圧に変換するためにゲート信号をインバータ6に出力する。更に、昇圧器4の平滑コンデンサC1の放電時には、インバータ6のIGBT素子を全てOFFする。バッテリECU28は、バッテリ2の電圧・電流・温度より、残容量(SOC)を算出して、マネージメントECU22に出力する。
Based on the motor torque command from the
昇圧器ECU30は、昇圧器4による昇圧動作、降圧動作及び平滑コンデンサC1の放電を制御するものである。
The
(1) 昇圧動作
昇圧時では、L側IGBT素子XL,YL,ZLをそれぞれキャリア周波数に基づいて、昇圧比に応じたデューティ比でON/OFFする。一方、H側IGBT素子XH,YH,ZHをL側IGBT素子XL,YL,ZLと相補的(H側IGBT素子がONのとき、OFF)、且つ一定時間のデッドタイムを設けるように、ON/OFFする。デッドタイムとは、L側とH側IGBT素子XHとXL,YHとYL,ZHとZLが同時にOFFする時間をいう。デッドタイムを設けるのは、その間にコンデンサCXH,CXL,CYH,CYL,CZH,CZLを十分充放電して、ZVRT(Zero−voltage resonant transition)を実現して、スイッチング損失を低減するためである。例えば、デッドタイムの後にXLがONすると、不連続伝導モードで昇圧動作している場合、デッドタイムの開始においてL側フライホイールダイオードDXLがONし、コンデンサCXLが放電、コンデンサCXHが充電を開始し、デッドタイムでコンデンサCXLが放電を終了し、その後、L側IGBT素子XLをONすると、L側IGBT素子XLが0Vターンオンし、L側IGBT素子XLのスイッチング損失が低減する。
(1) Boosting operation At the time of boosting, the L-side IGBT elements XL, YL, ZL are turned ON / OFF at a duty ratio corresponding to the boosting ratio based on the carrier frequency. On the other hand, the H-side IGBT elements XH, YH, ZH are complementary to the L-side IGBT elements XL, YL, ZL (OFF when the H-side IGBT element is ON) and ON / Turn off. The dead time is a time during which the L side and H side IGBT elements XH and XL, YH and YL, and ZH and ZL are simultaneously turned OFF. The reason for providing the dead time is that the capacitors CXH, CXL, CYH, CYL, CZH, and CZL are sufficiently charged and discharged to realize ZVRT (Zero-Voltage Resonant Transition) and reduce the switching loss. For example, when XL is turned on after the dead time, when the boost operation is performed in the discontinuous conduction mode, the L-side flywheel diode DXL is turned on at the start of the dead time, the capacitor CXL is discharged, and the capacitor CXL is started to be charged. When the capacitor CXL finishes discharging in the dead time and then turns on the L-side IGBT element XL, the L-side IGBT element XL is turned on by 0V, and the switching loss of the L-side IGBT element XL is reduced.
(2) 降圧動作
降圧時では、H側IGBT素子XH,YH,ZHをそれぞれキャリア周波数に基づいて、降圧比に応じたデューティ比でON/OFFする。一方、L側IGBT素子XL,YL,ZLをH側IGBT素子XH,YH,ZHと相補的、且つ一定時間のデッドタイムを設けるように、ON/OFFする。デッドタイムを設けるのは、昇圧の場合と同様である。例えば、デッドタイムの後にH側IGBT素子XHがONすると、不連続伝導モードで降圧動作している場合、デッドタイムの開始においてH側フライホイールダイオードDXHがONし、コンデンサCXHが放電、コンデンサCXLが充電を開始し、デッドタイムでコンデンサCXHが放電を終了し、その後、H側IGBT素子XHをONすると、H側IGBT素子XHが0Vターンオンし、H側IGBT素子XHのスイッチング損失が低減する。
(2) Step-down operation At the time of step-down, the H-side IGBT elements XH, YH, ZH are turned ON / OFF at a duty ratio corresponding to the step-down ratio based on the carrier frequency. On the other hand, the L-side IGBT elements XL, YL, ZL are turned ON / OFF so as to be complementary to the H-side IGBT elements XH, YH, ZH and to provide a fixed dead time. The dead time is provided as in the case of boosting. For example, when the H-side IGBT element XH is turned on after the dead time, when the step-down operation is performed in the discontinuous conduction mode, the H-side flywheel diode DXH is turned on at the start of the dead time, the capacitor CXH is discharged, and the capacitor CXL is turned on. When charging is started and the capacitor CXH finishes discharging in dead time, and then the H-side IGBT element XH is turned on, the H-side IGBT element XH is turned on by 0 V, and the switching loss of the H-side IGBT element XH is reduced.
(3) 放電動作
図3は本発明に係る平滑コンデンサC1の放電動作に係る昇圧器ECU30の機能ブロック図であり、放電開始判定手段100、放電開始制御手段102、放電パターン算出手段104、ゲート信号出力手段106及び放電終了判定手段108を具備する。放電開始判定手段100は、平滑コンデンサC1の放電開始であるか否かを判定する。放電開始は、例えば、イグニッションスイッチがONしたときに、ディスチャージ指令が出されたものとする。放電開始制御手段102は、放電開始判定手段100が放電の開始だと判定したとき、コンタクタ50をOFFして、バッテリ2と昇圧器4の間の接続を遮断する。更に、モータECU32を通して、インバータ6を構成するIGBT素子を全てOFFして、昇圧器4からの電力の供給を遮断する。
(3) Discharge Operation FIG. 3 is a functional block diagram of the
放電パターン算出手段104は、平滑コンデンサC1の電荷を放電するために、キャリア周波数に基づいて、IGBT素子XH,XL,YH,YL,ZH,ZLのON/OFFを順次切り替えるための放電パターンを以下に基づいて算出する。 The discharge pattern calculation means 104 uses a discharge pattern for sequentially switching ON / OFF of the IGBT elements XH, XL, YH, YL, ZH, and ZL based on the carrier frequency in order to discharge the electric charge of the smoothing capacitor C1. Calculate based on
(1)H側IGBT素子XH,YH,ZHとL側IGBT素子XL,YL,ZLを短絡させないこと。短絡により大電流が流れることによりスイッチング損失及び導通損失が大きくなり、IGBT素子XH,XL,YH,YL,ZH,ZLの劣化が大きくなるからである。即ち、H側IGBT素子XHとL側IGBT素子XL,H側IGBT素子YHとL側IGBT素子YL,H側IGBT素子ZHとL側IGBT素子ZLがそれぞれ同時にONしないこと。従って、H側IGBT素子XH,YH,ZHをONしたとき、ONしたH側IGBT素子と異なる相のL側IGBT素子がONすることにより、放電経路上の平滑コンデンサC1、H側IGBT素子、リアクトル及びL側IGBT素子による閉回路が形成される。例えば、H側IGBT素子XH、L側IGBT素子YLをONしたとき、平滑コンデンサC1→H側IGBT素子XH→リアクトルLX→リアクトルLY→L側IGBT素子YLにより閉回路が構成されて、放電電流が流れる。よって、リアクトルLX,LY,LZで平滑コンデンサC1のエネルギーを消費させるため、突入電流が抑制され、IGBT素子XH,YH,ZH,XZ,YL,ZL等の部品の発熱やストレスが減り寿命への影響が低減する。リアクトルLX,LY,LZに蓄積された磁気エネルギーは、大気中に放出される。 (1) Do not short-circuit the H-side IGBT elements XH, YH, ZH and the L-side IGBT elements XL, YL, ZL. This is because a large current flows due to a short circuit, resulting in an increase in switching loss and conduction loss, and deterioration of the IGBT elements XH, XL, YH, YL, ZH, and ZL increases. That is, the H-side IGBT element XH and the L-side IGBT element XL, the H-side IGBT element YH and the L-side IGBT element YL, and the H-side IGBT element ZH and the L-side IGBT element ZL are not simultaneously turned on. Therefore, when the H-side IGBT elements XH, YH, ZH are turned on, the L-side IGBT element having a phase different from that of the turned-on H-side IGBT element is turned on, so that the smoothing capacitor C1, H-side IGBT element, reactor on the discharge path is turned on. And the closed circuit by the L side IGBT element is formed. For example, when the H-side IGBT element XH and the L-side IGBT element YL are turned ON, the smoothing capacitor C1 → H-side IGBT element XH → reactor LX → reactor LY → L-side IGBT element YL constitutes a closed circuit, and the discharge current is Flowing. Therefore, the reactor LX, LY, LZ consumes the energy of the smoothing capacitor C1, so that the inrush current is suppressed, and the heat generation and stress of parts such as the IGBT elements XH, YH, ZH, XZ, YL, ZL are reduced, and the life is shortened. Impact is reduced. The magnetic energy accumulated in the reactors LX, LY, LZ is released into the atmosphere.
図4は、H側IGBT素子XH,YH,ZHとL側IGBT素子XL,YL,ZLのONの組み合わせを示す図であり、白丸は、ONにできることを示し、H側IGBT素子XHとL側IGBT素子XL、H側IGBT素子YHとL側IGBT素子YL、H側IGBT素子ZHとL側IGBT素子ZLとを同時にONしてはいけないが、それ以外のONの組み合わせが可能である。 FIG. 4 is a diagram showing a combination of H-side IGBT elements XH, YH, ZH and L-side IGBT elements XL, YL, ZL being ON. White circles indicate that they can be turned ON, and H-side IGBT elements XH and L-side IGBT element XL, H-side IGBT element YH and L-side IGBT element YL, H-side IGBT element ZH and L-side IGBT element ZL must not be turned on at the same time, but other ON combinations are possible.
(2)H側IGBT素子XH,YH,ZHのONに先立って、L側IGBT素子XL,YL,ZLのいずれかを既にONさせておくこと。例えば、H側IGBT素子XHをONするよりも前に、L側IGBT素子YL又はZLをONさせておく。H側IGBT素子XHがONしたとき、L側IGBT素子YL,ZLがOFFしていると、平滑コンデンサC1を直流電源として、リアクトルLXと平滑コンデンサC0により直列LC回路が構成されて、過渡現象において、平滑コンデンサC0の電圧及び電流が過大(平滑コンデンサC1の電圧以上となることがある)となって、平滑コンデンサC0やコンタクタ50に高電圧が掛かり、これらのバッテリ2側の部品耐圧を上げる必要がある。また、平滑コンデンサC0が無ければ、コンタクタ50等のバッテリ2側の部品に平滑コンデンサC0の高電圧が直接印加されて、バッテリ2側の部品耐圧を上げる必要がある。しかし、H側IGBT素子XHをONするよりも先に、L側IGBT素子YL又はZLをONさせておくことにより、IGBT素子XHがONした時点で、リアクトルLXと、平滑コンデンサC0及びリアクトルLY又はLZの並列回路とリアクトルLXとの直列回路が形成されて、過渡現象において、平滑コンデンサC0の電圧上昇が抑制される。これにより、高電圧がバッテリ2側の部品に掛かることがないため、バッテリ2側の部品耐圧を上げることなく構成できるため、低損失、小型及び低コストとなる。
(2) Prior to turning on the H-side IGBT elements XH, YH, and ZH, one of the L-side IGBT elements XL, YL, and ZL is already turned on. For example, the L-side IGBT element YL or ZL is turned on before the H-side IGBT element XH is turned on. When the H-side IGBT element XH is turned on and the L-side IGBT elements YL and ZL are turned off, a series LC circuit is formed by the reactor LX and the smoothing capacitor C0 using the smoothing capacitor C1 as a DC power source. Since the voltage and current of the smoothing capacitor C0 are excessive (may be higher than the voltage of the smoothing capacitor C1), a high voltage is applied to the smoothing capacitor C0 and the
(3)平滑コンデンサC1の電荷が放電終了するまでの放電終了時間が短くなること。放電終了時間は、H側IGBT素子とL側IGBT素子が共にONし、放電電流が流れる放電時間及び放電電流により決まる。放電電流は、H側IGBT素子を複数(2個)同時にONすると、H側IGBT素子が接続される複数のリアクトルが接続される複数のリアクトルにより、並列回路が構成されて、その合成リアクトルのインダクタンスは1/2となり、放電電流が大きくなる。また、L側IGBT素子を複数(2個)同時にONすると、L側IGBT素子が接続される複数のリアクトルにより、並列回路が構成されて、その合成リアクトルのインダクタンスは1/2となり、放電電流が大きくなる。 (3) The discharge completion time until the charge of the smoothing capacitor C1 is completely discharged is shortened. The discharge end time is determined by a discharge time and a discharge current in which both the H-side IGBT element and the L-side IGBT element are turned on and a discharge current flows. When a plurality of (two) H-side IGBT elements are simultaneously turned on, the discharge current is composed of a plurality of reactors to which a plurality of reactors connected to the H-side IGBT elements are connected, and the inductance of the combined reactor Becomes 1/2, and the discharge current increases. When a plurality (two) of the L-side IGBT elements are turned ON simultaneously, a parallel circuit is formed by the plurality of reactors connected to the L-side IGBT elements, and the inductance of the combined reactor becomes 1/2, and the discharge current is reduced. growing.
(4)IGBT素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZLはスイッチングにより熱が発生することにより、劣化する。従って、IGBT素子に発生する熱量を均等化し、IGBT素子などの部品に与える影響を均等化して、発熱を分散させ、IGBT素子の寿命を均等にする。 (4) The IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZL are deteriorated when heat is generated by switching. Therefore, the amount of heat generated in the IGBT element is equalized, the influence on components such as the IGBT element is equalized, heat generation is dispersed, and the lifetime of the IGBT element is equalized.
(5)デッドタイムを設けてIGBT素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZLのZVRTを実現することにより、IGBT素子のスイッチング損失を低減し、IGBT素子の劣化を抑制する。 (5) A dead time is provided to realize ZVRT of the IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZL, thereby reducing the switching loss of the IGBT elements and suppressing the deterioration of the IGBT elements.
ゲート信号出力手段106は、放電パターンに基づいて、ゲート信号を出力して、ON/OFFするIGBT素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZLを順次切り替えて、通電を制御する。放電終了判定手段108は、平滑コンデンサC1の放電が終了したか否かを判定する。放電終了は、放電パターンに基づく放電時間及び放電電流から放電終了時間を算出し、タイマにより検知しても良いし、電圧センサ52により検出した電圧が0Vとなったことにより検知する。
The gate signal output means 106 outputs a gate signal based on the discharge pattern, and sequentially switches the IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZL to be turned on / off to control energization. The discharge end determination means 108 determines whether or not the discharge of the smoothing capacitor C1 has ended. The end of the discharge may be detected by calculating a discharge end time from the discharge time and discharge current based on the discharge pattern, and may be detected by a timer, or may be detected when the voltage detected by the
第1実施形態
図4は本発明の実施形態による放電方法を示すフローチャートである。図5は本発明の第1実施形態による放電パターンを示す図である。以下、図面を参照して、放電方法を説明する。ステップS2でディスチャージ指令、例えば、イグニッションスイッチがOFFしたか否かを判断する。肯定判定ならば、ステップS4に進む。否定判定ならば、終了する。ステップS4において、コンタクタ50をOFFするとともにインバータ6のIGBT素子を全てOFFする。ステップS6で図6に示す放電パターンをキャリア周波数に基づいて生成する。
First Embodiment FIG. 4 is a flowchart showing a discharge method according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view showing a discharge pattern according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the discharge method will be described with reference to the drawings. In step S2, it is determined whether or not a discharge command, for example, an ignition switch has been turned OFF. If a positive determination is made, the process proceeds to step S4. If a negative determination is made, the process ends. In step S4, the
図6の放電パターンは、放電時間短縮に基づくものである。まず、H側IGBT素子XH,YH,ZHがそれぞれONしたとき、L側IGBT素子が既にONしている。例えば、時刻t1,t10でH側IGBT素子XHがONしたとき、時刻t1,t10よりも前の時刻t0,t9でX相と異なるL側IGBT素子、例えば、L側IGBT素子YLがONしている。 The discharge pattern in FIG. 6 is based on shortening the discharge time. First, when the H-side IGBT elements XH, YH, and ZH are turned on, the L-side IGBT elements are already turned on. For example, when the H-side IGBT element XH is turned on at times t1 and t10, an L-side IGBT element different from the X phase, for example, the L-side IGBT element YL is turned on at times t0 and t9 prior to times t1 and t10. Yes.
また、1個のH側IGBT素子と複数のL側IGBT素子、例えば、時刻t1〜t2,t10〜t11の間、H側IGBT素子XHがONしているとき、L側IGBT素子YL,L側ZLがONしている。これにより、図7に示すように、放電電流は、平滑コンデンサC1→H側IGBT素子XH→リアクトルLXの経路a1に流れ、経路a2に示すリアクトルLY→L側IGBT素子YL及び経路a3に示すリアクトルLZ→L側IGBT素子ZLで分岐し、これらの経路a1,a2,a3上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子XH,リアクトルLX,LY,LZ,L側IGBT素子YL,ZLにより閉回路が構成される。この結果、リアクトルLY,LZの並列回路が形成され、その合成リアクトルのインダクタンスが1/2となり、放電電流が、リアクトルLYのみ又はLZのみの場合に比べて、大きくなる。 Further, when one H-side IGBT element and a plurality of L-side IGBT elements, for example, the H-side IGBT element XH is ON during times t1 to t2 and t10 to t11, the L-side IGBT elements YL and L side ZL is ON. Thereby, as shown in FIG. 7, the discharge current flows through the path a1 of the smoothing capacitor C1 → the H-side IGBT element XH → the reactor LX, and the reactor LY → the L-side IGBT element YL shown in the path a2 and the reactor shown in the path a3. LZ → Branch by L side IGBT element ZL, and closed circuit is constituted by smoothing capacitor C1, H side IGBT element XH, reactors LX, LY, LZ, L side IGBT elements YL, ZL on these paths a1, a2, a3 Is done. As a result, a parallel circuit of reactors LY and LZ is formed, the inductance of the combined reactor is halved, and the discharge current is larger than in the case of only reactor LY or only LZ.
同様に、図8に示すように、時刻t4〜t5,t13〜t14の間、H側IGBT素子YHがONしているとき、L側IGBT素子XL,ZLがONしているので、放電電流は経路b1,b2,b3を流れ、経路b1,b2,b3上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子YH,リアクトルLY,LX,LZ,L側IGBT素子XL,ZLにより閉回路が構成される。また、図9に示すように、時刻t7〜t8,t16〜t17の間、H側IGBT素子ZHがONしているとき、L側IGBT素子XL,YLがONしているので、放電電流は経路c1,c2,c3を流れ、経路c1,c2,c3上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子ZH,リアクトルLZ,LX,LY,L側IGBT素子XL,YLにより閉回路が構成される。 Similarly, as shown in FIG. 8, when the H-side IGBT element YH is ON during the times t4 to t5 and t13 to t14, since the L-side IGBT elements XL and ZL are ON, the discharge current is The closed circuit is constituted by the smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element YH, the reactors LY, LX, LZ, and the L-side IGBT elements XL, ZL on the paths b1, b2, b3. Also, as shown in FIG. 9, when the H-side IGBT element ZH is ON during the times t7 to t8 and t16 to t17, the L-side IGBT elements XL and YL are ON, so that the discharge current is routed. The closed circuit is constituted by the smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element ZH, the reactors LZ, LX, LY, and the L-side IGBT elements XL, YL on the paths c1, c2, c3.
更に、ZVRTを実現するために、デッドタイムが時刻t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5,t5〜t6,t6〜t7,t8〜t9等のように設けられている。 Furthermore, in order to realize ZVRT, dead times are provided at times t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5, t5 to t6, t6 to t7, t8 to t9, and the like.
図5中のステップS8で、放電パターンに基づいて、IGBT素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZLをON/OFFするゲート信号を出力する。平滑コンデンサC1は放電する。平滑コンデンサC0は平滑コンデンサC1の放電に従って放電する。ステップS10で電圧センサ52から出力される平滑コンデンサC1の両端の電圧値が0Vであるか否かにより、放電が終了したかを判定する。肯定判定ならば、終了する。否定判定ならば、ステップS6に戻り、図6に示した放電パターンを生成する。
In step S8 in FIG. 5, a gate signal for turning ON / OFF the IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZL is output based on the discharge pattern. The smoothing capacitor C1 is discharged. The smoothing capacitor C0 discharges according to the discharge of the smoothing capacitor C1. In step S10, it is determined whether or not the discharge is completed depending on whether or not the voltage value across the smoothing capacitor C1 output from the
以上説明した第1実施形態によれば、H側IGBTをONしたとき、複数のL側IGBT素子を同時にONするので、放電電流が大きくなり、放電終了時間を短縮できる。 According to the first embodiment described above, since the plurality of L-side IGBT elements are simultaneously turned on when the H-side IGBT is turned on, the discharge current increases and the discharge end time can be shortened.
また、図6の放電パターンでは、各X,Y,Z相のH側IGBT素子XH,YH,ZHがOFFのときにも、フライホイールダイオードDXL,DYL,DZLから還流電流が流れ、降圧動作が保証され、DCDCコンバータ8に降圧電圧を供給して、補機バッテリを充電することが可能となる。その結果、放電終了時間が短縮されるとともに、コンデンサC1の電荷を有効に利用することができる。また、ZVRTを実現しているので、スイッチング損失を軽減することができ、IGBT素子の劣化を抑制できる。
In the discharge pattern of FIG. 6, even when the X-, Y-, and Z-phase H-side IGBT elements XH, YH, and ZH are OFF, the return current flows from the flywheel diodes DXL, DYL, and DZL, and the step-down operation is performed. The step-down voltage is supplied to the
尚、複数のH側IGBT素子XH,YH,ZHを同時にONし、L側IGBT素子XL,YL,ZLを1個のみONし、ONした複数のH側IGBT素子が接続されるリアクトルを並列接続し、その合成リアクトルのインダクタンスを1/2にして放電電流を増加させるようにしても良い。 A plurality of H-side IGBT elements XH, YH, ZH are simultaneously turned on, only one L-side IGBT element XL, YL, ZL is turned on, and a reactor to which the plurality of turned-on H-side IGBT elements are connected is connected in parallel. Then, the inductance of the combined reactor may be halved to increase the discharge current.
第2実施形態
図10は本発明の第2実施形態による放電パターンを示す図である。図10の放電パターンは、ストレスの均等化に基づくものである。まず、H側IGBT素子XH,YH,ZHがそれぞれONしたとき、L側IGBT素子が既にONしていること、デッドタイムが設けられていることは第1実施形態と同様である。
Second Embodiment FIG. 10 is a diagram showing a discharge pattern according to a second embodiment of the present invention. The discharge pattern in FIG. 10 is based on stress equalization. First, when the H-side IGBT elements XH, YH, and ZH are turned on, the L-side IGBT element is already turned on and a dead time is provided, as in the first embodiment.
本実施形態では、同時にONするIGBT素子は、H側IGBT素子XH,YH,ZH及びL側IGBT素子XL,YL,ZLについてそれぞれ1個である。また、1キャリア周期において、H側IGBT素子XH,YH,ZH及びL側IGBT素子XL,YL,ZLに電流が流れている時間は同じとする。 In the present embodiment, the number of IGBT elements that are simultaneously turned on is one for each of the H-side IGBT elements XH, YH, ZH and the L-side IGBT elements XL, YL, ZL. Also, in one carrier cycle, the time during which current flows through the H-side IGBT elements XH, YH, ZH and the L-side IGBT elements XL, YL, ZL is the same.
この場合、H側とL側IGBT素子が同時にONできる組み合わせは、H側IGBT素子XH,L側IGBT素子YLがON、H側IGBT素子XH,L側IGBT素子ZLがON、H側IGBT素子YH,L側IGBT素子XLがON、H側IGBT素子YH,L側IGBT素子ZLがON、H側IGBT素子ZH,L側IGBT素子XLがON、H側IGBT素子ZH,L側IGBT素子YLがONする場合である。 In this case, the combination in which the H side IGBT element and the L side IGBT element can be simultaneously turned on is the H side IGBT element XH, the L side IGBT element YL is ON, the H side IGBT element XH, the L side IGBT element ZL is ON, and the H side IGBT element YH. , L-side IGBT element XL is ON, H-side IGBT element YH, L-side IGBT element ZL is ON, H-side IGBT element ZH, L-side IGBT element XL is ON, H-side IGBT element ZH, L-side IGBT element YL is ON This is the case.
これの組み合わせの中で、図10に示す放電パターンでは、H側IGBT素子XH,L側YLを同時にONし、図11に示すように、平滑コンデンサC1→H側IGBT素子XH→リアクトルLXの経路d1とリアクトルLY→L側IGBT素子YLの経路d2上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子XH,リアクトルLX,LY,L側IGBT素子YLにより閉回路が構成される。 Among these combinations, in the discharge pattern shown in FIG. 10, the H-side IGBT element XH and the L-side YL are simultaneously turned on, and the smoothing capacitor C1 → H-side IGBT element XH → reactor LX path as shown in FIG. A closed circuit is configured by d1 and the smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element XH, the reactors LX, LY, and the L-side IGBT element YL on the path d2 of the reactor LY → L-side IGBT element YL.
また、図10に示す放電パターンでは、H側IGBT素子YH,L側IGBT素子ZLを同時にONし、図12に示すように、平滑コンデンサC1→H側IGBT素子YH→リアクトルLZの経路e1とリアクトルLZ→L側IGBT素子ZLの経路e2上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子YH,リアクトルLY,LZ,L側IGBT素子ZLにより閉回路が構成される。 In the discharge pattern shown in FIG. 10, the H-side IGBT element YH and the L-side IGBT element ZL are simultaneously turned ON, and as shown in FIG. 12, the smoothing capacitor C1 → H-side IGBT element YH → reactor LZ path e1 and reactor. The smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element YH, the reactors LY, LZ, and the L-side IGBT element ZL on the path e2 of the LZ → L-side IGBT element ZL constitute a closed circuit.
また、図10に示す放電パターンでは、H側IGBT素子ZH,L側IGBT素子XLを同時にONし、図13に示すように、平滑コンデンサC1→H側IGBT素子ZH→リアクトルLZの経路f1とリアクトルLX→L側IGBT素子XLの経路f2上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子ZH,リアクトルLZ,LX,L側IGBT素子XLにより閉回路が構成される。 Further, in the discharge pattern shown in FIG. 10, the H-side IGBT element ZH and the L-side IGBT element XL are simultaneously turned ON, and as shown in FIG. 13, the smoothing capacitor C1 → H-side IGBT element ZH → reactor LZ path f1 and reactor. The smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element ZH, the reactors LZ, LX, and the L-side IGBT element XL on the path f2 of the LX → L-side IGBT element XL constitute a closed circuit.
このとき、経路d1,d2、e1,e2、f1,f2が分岐しないので、各閉回路は2つのリアクトルの直列回路から成り、IGBT素子XH,YH,ZH、XL,YL,ZLに流れる放電電流が略等しくなる。 At this time, since the paths d1, d2, e1, e2, f1, and f2 do not branch, each closed circuit is composed of a series circuit of two reactors, and the discharge current flows through the IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZL. Are substantially equal.
更に、図10に示すように、H側IGBT素子XH,L側IGBT素子YLがONして流れる放電時間t1〜t2,t9〜t10、H側IGBT素子YH,L側IGBT素子ZLがONして流れる放電時間t4〜t5,t13〜t14、H側IGBT素子ZH,L側IGBT素子XLがONして流れる放電時間t7〜t8,t16〜t17は、それぞれ等しくなっており、1キャリア周期における放電時間は、全てのIGBT素子XH,XL,YH,YL,ZY,ZLについて同じである。 Further, as shown in FIG. 10, the discharge times t1 to t2 and t9 to t10 that flow when the H-side IGBT element XH and L-side IGBT element YL are turned ON, the H-side IGBT element YH and L-side IGBT element ZL are turned ON. The discharge times t4 to t5 and t13 to t14 flowing, the discharge times t7 to t8 and t16 to t17 flowing when the H-side IGBT element ZH and the L-side IGBT element XL are turned on are equal, and the discharge time in one carrier cycle Is the same for all IGBT elements XH, XL, YH, YL, ZY, ZL.
このように放電時間及び放電電流をIGBT素子XH,YH,ZH,XL,YL,ZLwで略等しくしたので、IGBT素子XH,XL,YH,YL,ZY,ZLの負荷を均等化できる。また、第1実施形態に比較して、放電電流が小さいので、IGBT素子XH,XL,YH,YL,ZY,ZLへのストレスを緩和することができる。そのため、部品の高寿命化が期待できる。 As described above, since the discharge time and the discharge current are substantially equal in the IGBT elements XH, YH, ZH, XL, YL, and ZLw, the loads of the IGBT elements XH, XL, YH, YL, ZY, and ZL can be equalized. In addition, since the discharge current is small compared to the first embodiment, the stress on the IGBT elements XH, XL, YH, YL, ZY, ZL can be reduced. For this reason, it is possible to expect a longer life of the parts.
第3実施形態
図14は本発明が適用可能な第3実施形態による昇圧器の構成図であり、図2中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。本実施形態では、リアクトルLX,LY並びにIGBT素子XH,XL,YH,YL及びフライホイールダイオードDXH,DXL,DYH,DYLがX相及びY相について設けられている。フライホイールダイオードDXH,DXL,DYH,DYLがIGBT素子XH,XL,YH,YLと逆並列に接続されている。
Third Embodiment FIG. 14 is a block diagram of a booster according to a third embodiment to which the present invention is applicable. Components that are substantially the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals. . In the present embodiment, reactors LX, LY, IGBT elements XH, XL, YH, YL and flywheel diodes DXH, DXL, DYH, DYL are provided for the X phase and the Y phase. Flywheel diodes DXH, DXL, DYH, and DYL are connected in reverse parallel to IGBT elements XH, XL, YH, and YL.
図14に示す昇圧器では、平滑コンデンサC1の電荷を放電するための放電パターンは、IGBT素子XH,YLをONして、図15に示す平滑コンデンサC1→H側IGBT素子XH→リアクトルLXの経路g1とリアクトルLY→L側IGBT素子YLの経路g2上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子XH,リアクトルLX,LY,L側IGBT素子YLにより閉回路が構成される。また、H側IGBT素子YH,L側IGBT素子XLをONして、図16に示す平滑コンデンサC1→H側IGBT素子YH→リアクトルLYの経路h1とリアクトルLX→L側IGBT素子XLの経路h2上の平滑コンデンサC1,H側IGBT素子YH,リアクトルLY,LX,L側IGBT素子XLにより閉回路が構成される。この放電パターンにおいても、H側IGBT素子XH,YHがONするよりも前に、L側IGBT素子YL,XLをONしておく。本実施形態の効果は、第2実施形態と同様である。 In the booster shown in FIG. 14, the discharge pattern for discharging the charge of the smoothing capacitor C1 is to turn on the IGBT elements XH and YL, and the path from the smoothing capacitor C1 to the H-side IGBT element XH to the reactor LX shown in FIG. A closed circuit is configured by the smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element XH, the reactors LX, LY, and the L-side IGBT element YL on the path g2 of g1 and the reactor LY → L-side IGBT element YL. Further, the H-side IGBT element YH and the L-side IGBT element XL are turned ON, and the smoothing capacitor C1 → H-side IGBT element YH → reactor LY path h1 and the reactor LX → L-side IGBT element XL path h2 shown in FIG. The smoothing capacitor C1, the H-side IGBT element YH, the reactors LY and LX, and the L-side IGBT element XL constitute a closed circuit. Also in this discharge pattern, the L-side IGBT elements YL and XL are turned on before the H-side IGBT elements XH and YH are turned on. The effect of this embodiment is the same as that of the second embodiment.
尚、図2において、Y相,Z相が存在せずリアクトルが1個の昇圧器の場合には、放電のために、H側IGBT素子及びL側IGBT素子を設け、H側IGBT素子のコレクタを平滑コンデンサC1の正極に接続し、エミッタを平滑コンデンサC1側のリアクトルの端子に接続し、L側IGBT素子のコレクタをバッテリ2側のリアクトルの端子に接続し、エミッタをバッテリ2の負極に接続し、第2実施形態と同様の放電パターンを生成すればよい。
In FIG. 2, in the case of a booster that does not have a Y-phase and a Z-phase and has one reactor, an H-side IGBT element and an L-side IGBT element are provided for discharging, and the collector of the H-side IGBT element. Is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1, the emitter is connected to the reactor terminal on the smoothing capacitor C1 side, the collector of the L-side IGBT element is connected to the reactor terminal on the
2 直流電源
4 昇圧器
6 インバータ
16 モータ
30 昇圧器ECU
50 コンタクタ
52 電圧センサ
C0,C1 平滑コンデンサ
2 DC power supply 4 Booster 6
50
Claims (7)
前記電圧変換回路は、複数のスイッチング素子及び複数のリアクトルと、前記負荷に対して並列に接続された平滑コンデンサを含み、
前記平滑コンデンサと複数の前記スイッチング素子と一つ以上の前記リアクトルから該スイッチング素子をONすることによって第1の閉回路を構成し、
前記平滑コンデンサと複数の前記スイッチング素子と一つ以上の前記リアクトルから該スイッチング素子をONすることによって前記第1の閉回路とは異なる第2の閉回路を構成し、
前記電源側の断接手段によって前記電源から前記電圧変換回路への電力供給が遮断されているときに、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記第1の閉回路と前記第2の閉回路を順次変更して通電することを特徴とする制御装置。 A control device comprising: a power supply; a load; a voltage conversion circuit that converts an amplitude of a voltage of the power supply; and a connection / disconnection means on the power supply side that implements or cuts off power supply from the power supply to the voltage conversion circuit. And
The voltage conversion circuit includes a plurality of switching elements and a plurality of reactors, and a smoothing capacitor connected in parallel to the load,
A first closed circuit is configured by turning on the switching element from the smoothing capacitor, the plurality of switching elements, and one or more of the reactors,
A second closed circuit different from the first closed circuit is configured by turning on the switching element from the smoothing capacitor, the plurality of switching elements and one or more reactors,
When the power supply from the power supply to the voltage conversion circuit is cut off by the power supply side connection / disconnection means, the first closed circuit and the second closed circuit are sequentially changed by the on / off operation of the switching element. And a control device characterized by energizing.
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