JP2006311635A - Step-up converter controller - Google Patents

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渉 高波
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a step-up converter controller which controls a step-up converter with high responsiveness. <P>SOLUTION: The step-up converter controller has two switching elements Q1, Q2 and a reactor 4 and controls the output voltage of the step-up converter 7 which steps-up the input voltage from a DC power source 1 to supply it to an invertor 10. When an extremely high responsiveness is not required in the step-up converter 7, the value of the output voltage detected by a voltage sensor 9 is fed back, while when a high responsiveness is required, the output voltage of the step-up converter 7 which is computed on the basis of the current of the reactor 4 detected by the current sensor 5 is fed back. Thus, the switching control signal of the switching elements Q1, Q2 is output from a control system to which the output voltage is fed back. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御装置に関する。   The present invention relates to a boost converter control device that controls a boost converter.

電池等の直流電圧を昇圧する昇圧コンバータが知られている。昇圧コンバータは、ハイブリッド車などのインバータを利用したモータ駆動装置に使用される（特許文献１）。昇圧コンバータで直流電圧を昇圧してインバータに供給することで、モータ高回転域における高出力化および高効率化を図ることができる。   A boost converter that boosts a DC voltage of a battery or the like is known. A boost converter is used in a motor drive device using an inverter such as a hybrid vehicle (Patent Document 1). By boosting the DC voltage with the boost converter and supplying it to the inverter, high output and high efficiency can be achieved in the motor high rotation range.

特開２００３−１３４６０６号JP 2003-134606 A

従来の昇圧コンバータにおいて、負荷出力(モータ出力)が急変する場合や昇圧コンバータ出力電圧を急変させる場合を考える。このような急変は、ハイブリッド車においては急加減速やスリップに相当する。負荷急変や出力電圧急変に対する応答性を高めるためには昇圧コンバータの制御系のゲインを大きくすればよいが、ゲインを大きくすると制御系が不安定になる可能性があった。このため、ゲインをあまり大きくすることができず、応答性を高めることができなかった。   Consider a case where the load output (motor output) suddenly changes or the boost converter output voltage changes suddenly in a conventional boost converter. Such a sudden change corresponds to sudden acceleration / deceleration or slip in a hybrid vehicle. In order to increase the response to sudden load change or sudden output voltage change, the gain of the boost converter control system may be increased. However, if the gain is increased, the control system may become unstable. For this reason, the gain cannot be increased so much that the responsiveness cannot be improved.

本発明は、昇圧コンバータを応答性高く制御する昇圧コンバータ制御装置を提供する。   The present invention provides a boost converter control device that controls a boost converter with high responsiveness.

本発明は、少なくとも１つのスイッチング素子とリアクトルを有し、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータの出力電圧を制御する昇圧コンバータ制御装置に適用され、昇圧コンバータの出力電圧の指令値を入力する指令値入力手段と、昇圧コンバータの出力電圧の値を入力した指令値に近づけるように、フィードバック制御をして、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を出力するフィードバック制御手段と、昇圧コンバータの出力電圧の値を検出する出力電圧検出手段と、リアクトルを流れる電流の値を検出するリアクトル電流検出手段と、入力電圧の値とリアクトル電流検出手段により検出されたリアクトルを流れる電流の値に基づき、昇圧コンバータの出力電圧の値を演算する出力電圧演算手段と、昇圧コンバータに対して、第１の応答性能と第１の応答性能より高い第２の応答性能のいずれかが求められているかを判断する応答性能判断手段とを備え、フィードバック制御手段は、応答性能判断手段が第１の応答性能が求められていると判断するとき、出力電圧検出手段により検出された出力電圧の値をフィードバックしてフィードバック制御を行い、応答性能判断手段が第２の応答性能が求められていると判断するとき、出力電圧演算手段により演算された出力電圧の値をフィードバックしてフィードバック制御を行うことを特徴とするものである。   The present invention is applied to a boost converter control device that has at least one switching element and a reactor and controls an output voltage of a boost converter that boosts an input voltage, and inputs a command value of a boost converter output voltage. Means, feedback control means for performing feedback control so as to approximate the value of the output voltage of the boost converter to the input command value, and outputting a control signal for controlling switching of the switching element, and the value of the output voltage of the boost converter Output voltage detection means for detecting current, reactor current detection means for detecting the value of current flowing through the reactor, and output of the boost converter based on the value of input voltage and the value of current flowing through the reactor detected by the reactor current detection means Output voltage calculation means for calculating the voltage value and boost converter Response performance determining means for determining whether one of the first response performance and the second response performance higher than the first response performance is required, and the feedback control means includes the first response performance determination means. When it is determined that the response performance is required, feedback control is performed by feeding back the value of the output voltage detected by the output voltage detection means, and the response performance determination means determines that the second response performance is required. When the determination is made, feedback control is performed by feeding back the value of the output voltage calculated by the output voltage calculation means.

本発明は、以上説明したように構成しているので、昇圧コンバータを応答性高く制御することができる。   Since the present invention is configured as described above, the boost converter can be controlled with high responsiveness.

図１は、本発明の昇圧コンバータ制御装置を使用する電動機制御装置の全体構成図を示す図である。本実施の形態の電動機制御装置は、ハイブリッド車を駆動する電動機の制御に使用される。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration diagram of an electric motor control device using the boost converter control device of the present invention. The electric motor control device of the present embodiment is used for controlling an electric motor that drives a hybrid vehicle.

図１において、充電可能な電池である直流電源１より昇圧コンバータ７を介して、インバータ１０の直流部に電圧が印加され，インバータ１０で変換した交流によりモータ（電動機）１２を駆動する。   In FIG. 1, a voltage is applied to a DC portion of an inverter 10 from a DC power source 1 that is a rechargeable battery via a boost converter 7, and a motor (electric motor) 12 is driven by AC converted by the inverter 10.

コンデンサ２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングによる電圧リップルを吸収する。電圧センサ３は、昇圧コンバータ７の入力電圧Ｖ１（コンデンサ２の電圧）を検出し、昇圧コンバータ制御装置２１に送信する。符号４はリアクトル（インダクタンス）であり、リアクトル４に蓄えられる電磁エネルギーを放電することで昇圧が可能となる。また、リアクトル４にはスイッチングによる電流リップルを抑制する役割もある。   Capacitor 2 absorbs voltage ripple caused by switching of switching elements Q1 and Q2. The voltage sensor 3 detects the input voltage V1 (voltage of the capacitor 2) of the boost converter 7 and transmits it to the boost converter control device 21. Reference numeral 4 denotes a reactor (inductance), which can be boosted by discharging electromagnetic energy stored in the reactor 4. The reactor 4 also has a role of suppressing current ripple due to switching.

電流センサ５は、リアクトル４に流れる電流Ｉ１を検出し、昇圧コンバータ制御装置２１に送信する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えばＩＧＢＴなどで構成される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に並列に、図示の方向で、ダイオード１４ａ、１４ｂが接続されている。コンデンサ８は、昇圧コンバータ７のスイッチングによる電圧リップルを吸収する。電圧センサ９は、昇圧コンバータ７の出力電圧Ｖ２（コンデンサ８の電圧）を検出し、昇圧コンバータ制御装置２１およびインバータ制御装置２２に送信する。   Current sensor 5 detects current I <b> 1 flowing through reactor 4 and transmits it to boost converter control device 21. The switching elements Q1 and Q2 are composed of, for example, an IGBT. Diodes 14a and 14b are connected in parallel to the switching elements Q1 and Q2 in the illustrated direction. Capacitor 8 absorbs voltage ripple due to switching of boost converter 7. Voltage sensor 9 detects output voltage V2 (voltage of capacitor 8) of boost converter 7 and transmits it to boost converter control device 21 and inverter control device 22.

インバータ１０は三相インバータであり、直流電力を三相交流電力に変換し、モータ１２を駆動する。電流センサ１１は、インバータ１０からの各相の出力電流を検出し、インバータ制御装置２２に送信する。モータ１２は三相交流モータであり、回転によって動力が得られ、車両の駆動輪を駆動する。速度センサ１３は、モータ１２の回転速度を検出し、インバータ制御装置２２に送信する。   The inverter 10 is a three-phase inverter, converts DC power into three-phase AC power, and drives the motor 12. The current sensor 11 detects the output current of each phase from the inverter 10 and transmits it to the inverter control device 22. The motor 12 is a three-phase AC motor, and power is obtained by rotation and drives driving wheels of the vehicle. The speed sensor 13 detects the rotational speed of the motor 12 and transmits it to the inverter control device 22.

昇圧コンバータ７は、いわゆる昇圧チョッパと降圧チョッパの組み合わせで構成されている。リアクトル４、スイッチング素子Ｑ２、ダイオード１４ａ、コンデンサ８とでいわゆる昇圧チョッパを構成し、スイッチング素子Ｑ１、リアクトル４、ダイオード１４ｂとでいわゆる降圧チョッパを構成する。従って、昇圧コンバータ７は昇降圧コンバータと言ってもよい。   The step-up converter 7 is composed of a combination of a so-called step-up chopper and step-down chopper. Reactor 4, switching element Q2, diode 14a, and capacitor 8 constitute a so-called step-up chopper, and switching element Q1, reactor 4, and diode 14b constitute a so-called step-down chopper. Therefore, boost converter 7 may be called a step-up / down converter.

昇圧コンバータ７は、力行出力のとき、すなわちモータ１２を駆動するとき、直流電源１の直流電圧を所望の直流リンク電圧まで昇圧してインバータ１０の直流部に電力を供給する。また、回生出力のとき、すなわちモータ１２が発電機として働くとき、インバータ１０の直流部からの直流リンク電圧を直流電源１の直流電圧まで降圧させ、インバータ１０の直流部から直流電力を直流電源１へ供給する。すなわち、直流電源１へ所望の回生（充電）電流を流す。   Boost converter 7 boosts the DC voltage of DC power supply 1 to a desired DC link voltage and supplies power to the DC section of inverter 10 when powering output, that is, when driving motor 12. Further, at the time of regenerative output, that is, when the motor 12 functions as a generator, the DC link voltage from the DC part of the inverter 10 is stepped down to the DC voltage of the DC power supply 1 and the DC power is supplied from the DC part of the inverter 10 to the DC power supply 1. To supply. That is, a desired regenerative (charging) current is supplied to the DC power source 1.

昇圧コンバータ７は、通常、力行出力のとき、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２のみをスイッチング動作させ、所望の直流リンク電圧、すなわち、昇圧コンバータ７の所望の出力電圧を得る。また、回生出力のとき、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１のみをスイッチング動作させ、所望の回生電流を得る。   Boost converter 7 normally turns off switching element Q1 and switches only switching element Q2 to obtain a desired DC link voltage, that is, a desired output voltage of boost converter 7, at the time of powering output. At the time of regenerative output, the switching element Q2 is turned off and only the switching element Q1 is switched to obtain a desired regenerative current.

このようなシステムでは、システムが要求するモータ１２の駆動トルクは、システム制御装置２３からインバータ制御装置２２にトルク指令として与えられる。インバータ制御装置２２では、そのトルク指令とモータ回転速度（速度センサ１３の検出値）、出力電流（電流センサ１１の検出値）、入力電圧（電圧センサ９の検出値）に応じたスイッチングパターンを作成しそれをゲート信号としてインバータ１０に送信する。また、モータ回転速度とトルク指令に応じた必要な入力電圧を演算し、電圧指令Ｖ２＊として昇圧コンバータ制御装置２１に送信する。   In such a system, the drive torque of the motor 12 required by the system is given from the system control device 23 to the inverter control device 22 as a torque command. The inverter control device 22 creates a switching pattern according to the torque command, the motor rotation speed (detected value of the speed sensor 13), the output current (detected value of the current sensor 11), and the input voltage (detected value of the voltage sensor 9). Then, it is transmitted to the inverter 10 as a gate signal. In addition, a necessary input voltage corresponding to the motor rotation speed and the torque command is calculated and transmitted to the boost converter control device 21 as a voltage command V2 *.

図２は、昇圧コンバータ制御装置２１の内部構成を示す図である。Ｖ２＊は電圧指令を表し、Ｖ２は昇圧コンバータ出力電圧（電圧センサ９の検出値）、Ｉ１はリアクトル電流（電流センサ５の検出値）を表す。   FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the boost converter control device 21. V2 * represents a voltage command, V2 represents a boost converter output voltage (detected value of the voltage sensor 9), and I1 represents a reactor current (detected value of the current sensor 5).

フィルタ回路３１、３２は、検出信号のリップル除去のためのフィルタ回路である。一般に、電圧検出信号にはスイッチングによる電圧リップルが重畳されているため、フィルタ回路の時定数を電流検出部の時定数より大きくしている（Ｔ１＞Ｔ２）。符号３３、３５は引算器である。符号３４、３６はＰＩ制御器である。符号３７はＰＷＭ回路であり、ＰＩ制御器３６の出力信号と三角波キャリア信号（不図示）を比較することでスイッチングパターンを作成し、昇圧コンバータ７のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にゲート信号を与える。   The filter circuits 31 and 32 are filter circuits for removing ripples in the detection signal. In general, since voltage ripple due to switching is superimposed on the voltage detection signal, the time constant of the filter circuit is made larger than the time constant of the current detection unit (T1> T2). Reference numerals 33 and 35 denote subtractors. Reference numerals 34 and 36 denote PI controllers. Reference numeral 37 denotes a PWM circuit, which creates a switching pattern by comparing the output signal of the PI controller 36 and a triangular wave carrier signal (not shown), and applies a gate signal to the switching elements Q1 and Q2 of the boost converter 7.

符号３８は切替スイッチであり、インバータ制御装置２２から出力される電圧制御切替指令信号により切替が制御される。制御に高い応答性を求めない場合、切替スイッチをａ側にする。この場合、電圧センサ９の検出値Ｖ２を用いて電圧制御を行うことになる。昇圧コンバータ出力電圧を電圧センサ９で検出するので電圧精度の高い制御が実現できる。   Reference numeral 38 denotes a changeover switch, and the changeover is controlled by a voltage control changeover command signal output from the inverter control device 22. When high responsiveness is not required for control, the changeover switch is set to the a side. In this case, voltage control is performed using the detection value V2 of the voltage sensor 9. Since the boost converter output voltage is detected by the voltage sensor 9, high voltage accuracy control can be realized.

制御に高い応答性を求める場合、切替スイッチ３８をｂ側にする。この場合、出力電圧演算回路３９が式１で演算する出力電圧を用いて電圧制御する。演算で出力電圧を求めるので電圧精度は低いが、ＰＩ制御器３４のゲインを大きくすることができるので高い応答性が実現できる。   When high responsiveness is required for control, the changeover switch 38 is set to the b side. In this case, the output voltage calculation circuit 39 performs voltage control using the output voltage calculated by Expression 1. Since the output voltage is obtained by calculation, the voltage accuracy is low. However, since the gain of the PI controller 34 can be increased, high responsiveness can be realized.

図３は、切替スイッチをａ側にした場合に、使用しない出力電圧演算回路３９の図示を省略した図である。リアクトル電流Ｉ１が、フィルタ回路３２を通ったのち、引算器３５に入力され、電流マイナーループを形成している。図２においても同様に電流マイナーループが形成されている。この電流マイナーループ制御により、制御の安定性や高い応答性を実現している。   FIG. 3 is a diagram in which the output voltage calculation circuit 39 that is not used is not shown when the changeover switch is set to the a side. The reactor current I1 passes through the filter circuit 32 and is then input to the subtractor 35 to form a current minor loop. Similarly in FIG. 2, a current minor loop is formed. By this current minor loop control, control stability and high responsiveness are realized.

このようにして、昇圧コンバータ制御装置２１は、昇圧コンバータ７の出力電圧Ｖ２の値を指令値Ｖ２＊に近づけるように、フィードバック制御をしながら、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングを制御するゲート信号を出力する。このとき、高い応答性が求められない場合は、電圧センサ９で検出した出力電圧Ｖ２をフィードバックし、高い応答性が求められる場合は、電流センサ５で検出したリアクトル４の電流Ｉ１に基づき演算により求めた出力電圧をフィードバックし、フィードバック制御をする。昇圧コンバータ制御装置２１のフィードバック制御は、測定あるいは演算による昇圧コンバータ７の出力電圧のフィードバックを第１のメインループとし、リアクトル４の電流Ｉ１のフィードバックを第２のメインループとするものである。   In this manner, boost converter control device 21 provides a gate signal for controlling the switching of switching elements Q1 and Q2 while performing feedback control so that the value of output voltage V2 of boost converter 7 approaches the command value V2 *. Output. At this time, when high responsiveness is not required, the output voltage V2 detected by the voltage sensor 9 is fed back, and when high responsiveness is required, calculation is performed based on the current I1 of the reactor 4 detected by the current sensor 5. The obtained output voltage is fed back and feedback control is performed. The feedback control of the boost converter control device 21 uses the feedback of the output voltage of the boost converter 7 by measurement or calculation as the first main loop and the feedback of the current I1 of the reactor 4 as the second main loop.

次に、出力電圧演算回路３９における昇圧コンバータ出力電圧の演算方法を説明する。図４は、リアクトル４の電流波形とスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフ状態を表す。スイッチング素子Ｑ１オフ、スイッチング素子Ｑ２オンの場合、リアクトル電流は増加し、スイッチング素子Ｑ１オフ、スイッチング素子Ｑ２オフの場合、リアクトル電流は減少する。   Next, a method for calculating the boost converter output voltage in the output voltage calculation circuit 39 will be described. FIG. 4 shows the current waveform of reactor 4 and the on / off states of switching element Q1 and switching element Q2. When switching element Q1 is off and switching element Q2 is on, the reactor current increases, and when switching element Q1 is off and switching element Q2 is off, the reactor current decreases.

ここで、スイッチング素子Ｑ１オフ、スイッチング素子Ｑ２オフのときに注目すると、昇圧コンバータ７の等価回路は図５のようになる。コンデンサ８は、短時間であれば直流電圧源Ｖ２と考えることができ、リアクトル４に印加する電圧は（Ｖ２−Ｖ１）となる。電磁誘導の法則から
Ｖ２−Ｖ１＝−Ｌ・△Ｉ１／△Ｔ
Ｖ２＝Ｖ１−Ｌ・△Ｉ１／△Ｔ ．．．（式１）
Ｌ：リアクトルインダクタンス
ΔＴ：スイッチング素子Ｑ１がオンしている間の所定時間
△Ｉ１：△Ｔ時間におけるＩ１の変化量
となり、出力電圧Ｖ２を入力電圧Ｖ１とリアクトル電流Ｉ１から演算することができる。 Here, when attention is paid to switching element Q1 off and switching element Q2 off, the equivalent circuit of boost converter 7 is as shown in FIG. The capacitor 8 can be considered as a DC voltage source V2 for a short time, and the voltage applied to the reactor 4 is (V2-V1). From the law of electromagnetic induction V2-V1 = -L ・ △ I1 / △ T
V2 = V1-L · ΔI1 / ΔT. . . (Formula 1)
L: Reactor inductance ΔT: Predetermined time during which switching element Q1 is on ΔI1: Change amount of I1 during ΔT time, and output voltage V2 can be calculated from input voltage V1 and reactor current I1.

したがって、スイッチング素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオフしている間に△Ｔだけ間隔を置いてリアクトル電流を２回検出し、式１を用いることで、Ｖ２を演算することができる。   Therefore, when the switching element Q1 is off and the switching element Q2 is off, the reactor current is detected twice with an interval of ΔT, and V2 can be calculated by using Equation 1.

次に、切替スイッチ３８の切替ロジックを説明する。インバータ制御装置２２は、電圧制御切替信号を昇圧コンバータ制御装置２１へ送信する。昇圧コンバータ制御装置２１では、送信されてきた電圧制御切替信号に基づき、切替スイッチ３８がａ側あるいはｂ側に切り替えられる。   Next, the switching logic of the changeover switch 38 will be described. Inverter control device 22 transmits a voltage control switching signal to boost converter control device 21. In step-up converter control device 21, changeover switch 38 is switched to the a side or the b side based on the transmitted voltage control switching signal.

インバータ制御装置２２は、高い応答性を求めるとき、切替スイッチをｂ側にする電圧制御切替信号を送信する。高い応答性を求めるときとは次のときであり、インバータ制御装置２２は、この内容に基づき電圧制御切替信号を生成して出力する。
（１）電圧指令Ｖ２＊がステップ変化する場合であって、Ｖ２＊の変化量が所定値以上のとき。
（２）電圧指令Ｖ２＊がステップ変化以外の変化の場合（ランプ変化の場合）であって、Ｖ２＊の変化量が所定時間内に所定値以上のとき。すなわち、単位時間あたりの変化量が所定値以上のとき。
（３）負荷要求出力がステップ変化する場合であって、負荷要求出力の変化量が所定値以上のとき。負荷要求出力は（トルク指令）×（モータ回転角速度）で求める。
（４）負荷要求出力がステップ変化以外の変化の場合であって、負荷要求出力の変化量が所定時間内に所定値以上のとき。 The inverter control device 22 transmits a voltage control switching signal for setting the changeover switch to the b side when high responsiveness is required. The time when high responsiveness is required is as follows, and the inverter control device 22 generates and outputs a voltage control switching signal based on this content.
(1) When the voltage command V2 * changes stepwise and the amount of change in V2 * is greater than or equal to a predetermined value.
(2) When the voltage command V2 * is a change other than a step change (in the case of a ramp change), and the change amount of V2 * is equal to or greater than a predetermined value within a predetermined time. That is, when the amount of change per unit time is greater than or equal to a predetermined value.
(3) When the required load output changes stepwise and the change amount of the required load output is equal to or greater than a predetermined value. The load request output is obtained by (torque command) × (motor rotational angular velocity).
(4) The load request output is a change other than a step change, and the amount of change in the load request output is equal to or greater than a predetermined value within a predetermined time.

切替スイッチ３８を、ｂ側からａ側に戻すロジックは、電圧指令Ｖ２＊と式１で演算したＶ２の差が所定値以下で、所定時間経過した場合とする。   The logic for returning the changeover switch 38 from the b side to the a side is when the difference between the voltage command V2 * and V2 calculated by Equation 1 is equal to or less than a predetermined value and a predetermined time has elapsed.

ハイブリッド電気自動車において、高い応答性が求められる状況は次のような状況が挙げられる。
（１）タイヤがスリップまたは空転する場合。この場合、モータ負荷脱落によってモータ回転数が急増し、それに応じて昇圧コンバータ出力電圧も急増させる必要がある。この場合、上記のように、電圧指令Ｖ２＊が所定量以上ステップ変化したり、所定時間内に所定値以上変化したりする。
（２）急加減速する場合。この場合も、モータ出力急増減によって昇圧コンバータ出力電圧が大きく急変するため、出力電圧を急速に電圧指令値に戻す必要がある。その結果、電圧指令Ｖ２＊が所定量以上ステップ変化したり、所定時間内に所定値以上変化したりする。 In hybrid electric vehicles, the following situations are required for high responsiveness.
(1) When the tire slips or idles. In this case, the motor rotation speed rapidly increases due to the motor load dropping, and the boost converter output voltage needs to be increased rapidly accordingly. In this case, as described above, the voltage command V2 * changes step by a predetermined amount or more, or changes by a predetermined value or more within a predetermined time.
(2) When sudden acceleration / deceleration is performed. Also in this case, since the boost converter output voltage changes drastically due to sudden increase / decrease in motor output, it is necessary to quickly return the output voltage to the voltage command value. As a result, the voltage command V2 * changes step by a predetermined amount or more, or changes by a predetermined value or more within a predetermined time.

以上のように構成された本実施の形態の昇圧コンバータ制御装置および電動機制御装置は、次のような効果を奏する。
（１）昇圧コンバータにおいて高い応答性能が求められる場合は、演算により求めた昇圧コンバータの出力電圧をフィードバックするようにし、それほど高い応答性能が求められていない場合には、実際の電圧センサで検出した昇圧コンバータの出力電圧をフィードバックするようにした。これにより、高い応答性能が求められる場合は、高い応答性が実現でき、それほど高い応答性能が求められていない場合には、電圧精度の高い制御が実現できる。すなわち、高い応答性と高い電圧精度をバランスよく組み合わせ、高性能な昇圧コンバータおよび電動機制御装置を実現している。
（２）高い応答性能が求められる場合は、リアクタンス４の電流値の単位時間当たりの変化量、すなわち電流値の微分値に基づき、フィードバックすべき昇圧コンバータの出力電圧を演算により求めた。すなわち、時定数の小さいフィルタを通過した電流値の信号を使用するので、ＰＩ制御器３４のゲインを大きくすることができ、高い応答性が実現できる。また、制御系が発振する恐れもなくなる。
（３）電圧指令Ｖ２＊やモータ１２の要求出力が大きく変化する場合に、応答性の高い回路を選択して使用するようにしている。その結果、車両の制御において、タイヤがスリップまたは空転する場合や、急加減速する場合などにおいて、応答性高く制御することができる。その結果、使用する素子に異常電圧などがかかったりすることもなく、破壊されたり、寿命が低下したりすることもない。また、高耐圧、高性能な素子を使用する必要もなく、コスト低減が達成できる。
（４）高い応答性が求まれれる場合の電圧フィードバックの切替制御と電流マイナーループとを併用しているので、より応答性の高い性能の高い制御が実現できる。 The boost converter control device and motor control device of the present embodiment configured as described above have the following effects.
(1) When high response performance is required in the boost converter, the output voltage of the boost converter obtained by calculation is fed back, and when high response performance is not required, it is detected by an actual voltage sensor. The output voltage of the boost converter is fed back. Thereby, when high response performance is required, high responsiveness can be realized, and when high response performance is not required, control with high voltage accuracy can be realized. That is, a high-performance boost converter and motor control device are realized by combining high response and high voltage accuracy in a balanced manner.
(2) When high response performance is required, the output voltage of the boost converter to be fed back is obtained by calculation based on the amount of change of the current value of reactance 4 per unit time, that is, the differential value of the current value. That is, since a signal having a current value that has passed through a filter having a small time constant is used, the gain of the PI controller 34 can be increased and high responsiveness can be realized. Further, there is no possibility that the control system oscillates.
(3) When the voltage command V2 * or the required output of the motor 12 changes greatly, a highly responsive circuit is selected and used. As a result, it is possible to control the vehicle with high responsiveness when the tire slips or idles or when the vehicle suddenly accelerates or decelerates. As a result, an abnormal voltage or the like is not applied to the element to be used, and it is not destroyed or the life is not shortened. Further, it is not necessary to use a high breakdown voltage and high performance element, and cost reduction can be achieved.
(4) Since the voltage feedback switching control and the current minor loop are used together when high responsiveness is required, more responsive and high-performance control can be realized.

上記実施の形態では、インバータ回路に供給する電圧を昇圧する昇圧コンバータの例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。他の回路に昇圧電圧を供給する場合であってもよい。すなわち、入力直流電圧を昇圧して供給するすべての態様に本発明の昇圧コンバータ制御装置を使用することができる。   In the above embodiment, the example of the boost converter that boosts the voltage supplied to the inverter circuit has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this content. The boosted voltage may be supplied to another circuit. That is, the boost converter control device of the present invention can be used in all modes for boosting and supplying the input DC voltage.

上記実施の形態では、ハイブリッド車で使用する電動機制御装置の例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。電気自動車に適用する場合であってもよい。また、電動機により駆動される他の車両の場合であってもよい。さらに、電動機で駆動するのは車両に限定する必要はない。さらにまた、駆動するのは電動機に限定する必要がない。どのような駆動対象であってもよい。   In the said embodiment, although demonstrated by the example of the electric motor control apparatus used with a hybrid vehicle, it is not necessarily limited to this content. It may be applied to an electric vehicle. Moreover, the case of the other vehicle driven with an electric motor may be sufficient. Furthermore, driving with an electric motor need not be limited to a vehicle. Furthermore, the driving need not be limited to the electric motor. Any driving target may be used.

上記実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせる例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。スイッチング素子Ｑ１オフ、スイッチング素子Ｑ２オンと、スイッチング素子Ｑ１オン、スイッチング素子Ｑ２オフとを交互に繰り返すような制御でもよい。すなわち、昇圧コンバータ７の出力電圧あるいは演算電圧をフィードバックしながら、昇圧コンバータ７の出力電圧を所望の電圧に制御するものであれば、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングの態様はどのようなものでもよい。特に、力行出力あるいは回生出力が小さい場合、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２を交互にスイッチングさせるのがよい。   In the above embodiment, the example in which the switching element Q1 is turned off and the switching element Q2 is switched has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this content. The control may be such that switching element Q1 off and switching element Q2 on and switching element Q1 on and switching element Q2 off are alternately repeated. That is, as long as the output voltage of boost converter 7 is fed back and the output voltage of boost converter 7 is controlled to a desired voltage, any switching mode of switching elements Q1 and Q2 may be used. . In particular, when the power running output or the regenerative output is small, it is preferable to switch the switching element Q1 and the switching element Q2 alternately.

上記実施の形態では、切替スイッチ３８に対する電圧制御切替信号をインバータ制御装置２２が生成する例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。例えば、昇圧コンバータ制御装置２１内部でそのような信号を生成するようにしてもよい。その場合は、システム制御装置２３からのトルク指令信号や速度センサ１３からのモータ回転速度などを昇圧コンバータ制御装置２１も入力するようにする。また、昇圧コンバータ制御装置２１内部に、高い応答性を求めているか否かを判断すべき閾値データを保有する。例えば、電圧指令Ｖ２＊がステップ変化の場合の変化量の閾値、電圧指令Ｖ２＊がステップ変化以外の単位時間あたりの変化量の閾値、モータの要求出力がステップ変化の場合の変化量の閾値、モータの要求出力がステップ変化以外の単位時間あたりの変化量の閾値などのデータを保持すればよい。なお、このような閾値のデータは、上記実施の形態では、インバータ制御装置２２の内部メモリに格納されている。   In the said embodiment, although the example which the inverter control apparatus 22 produces | generates the voltage control switching signal with respect to the changeover switch 38 was demonstrated, it does not necessarily need to be limited to this content. For example, such a signal may be generated inside the boost converter control device 21. In that case, the boost converter control device 21 also receives the torque command signal from the system control device 23, the motor rotation speed from the speed sensor 13, and the like. Further, the boost converter control device 21 has threshold data for determining whether or not high responsiveness is required. For example, the threshold value of the change amount when the voltage command V2 * is a step change, the threshold value of the change amount per unit time other than the step change of the voltage command V2 *, the threshold value of the change amount when the required output of the motor is a step change, What is necessary is just to hold | maintain data, such as a threshold value of the variation | change_quantity per unit time other than a step change, for the motor required output. Note that such threshold data is stored in the internal memory of the inverter control device 22 in the above embodiment.

上記実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にＩＧＢＴを用いているため、図１に示すようにダイオード１４ａ、１４ｂを設けているが、これに限定されることはない。例えば、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にＦＥＴを用いる場合は、素子中にダイオード（寄生ダイオード、内蔵ダイオード）が組み込まれているため、ＦＥＴ外部にダイオード１４ａ、１４ｂを設ける必要はない。   In the above embodiment, since IGBTs are used for the switching elements Q1 and Q2, the diodes 14a and 14b are provided as shown in FIG. 1, but the present invention is not limited to this. For example, when FETs are used for the switching elements Q1 and Q2, diodes (parasitic diodes and built-in diodes) are incorporated in the elements, so that it is not necessary to provide the diodes 14a and 14b outside the FETs.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。   Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

以下、請求項の構成要素と上記実施の形態の構成要素との対応付けについて説明する。本発明のスイッチング素子はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２特にスイッチング素子Ｑ２に対応し、リアクトルはリアクトル４に対応し、昇圧コンバータは昇圧コンバータ７に対応し、昇圧コンバータ制御装置は昇圧コンバータ制御装置２１およびインバータ制御装置２２の一部に対応し、指令値入力手段は昇圧コンバータ制御装置２１の入力部あるいは引算器３３の＋側端子に対応し、フィードバック制御手段は図２の引算器３３、ＰＩ制御器３４、引算器３５、ＰＩ制御器３６、ＰＷＭ回路３７に対応し、出力電圧検出手段は電圧センサ９に対応し、リアクトル電流検出手段は電流センサ５に対応し、出力電圧演算手段は出力電圧演算回路３９に対応し、応答性能判断手段はインバータ制御装置２２内部の処理に対応する。なお、この対応付けの説明はあくまで一例であり、本発明はこの対応付けに限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, the correspondence between the constituent elements of the claims and the constituent elements of the above-described embodiment will be described. The switching element of the present invention corresponds to the switching elements Q1, Q2, particularly the switching element Q2, the reactor corresponds to the reactor 4, the boost converter corresponds to the boost converter 7, the boost converter controller is the boost converter controller 21 and the inverter control. The command value input means corresponds to a part of the device 22, the input unit of the boost converter control device 21 corresponds to the + side terminal of the subtractor 33, and the feedback control means corresponds to the subtractor 33 and PI controller of FIG. 34, the subtractor 35, the PI controller 36, and the PWM circuit 37, the output voltage detection means corresponds to the voltage sensor 9, the reactor current detection means corresponds to the current sensor 5, and the output voltage calculation means corresponds to the output voltage. Corresponding to the arithmetic circuit 39, the response performance judging means corresponds to the processing inside the inverter control device 22. The description of this association is merely an example, and the present invention is not construed as being limited to this association.

本発明の昇圧コンバータ制御装置を使用する電動機制御装置の全体構成図を示す図である。It is a figure which shows the whole motor control apparatus block diagram which uses the step-up converter control apparatus of this invention. 昇圧コンバータ制御装置２１の内部構成を示す図である。3 is a diagram showing an internal configuration of a boost converter control device 21. FIG. 昇圧コンバータ制御装置２１の内部構成を示す図であり、切替スイッチをａ側にした場合に、使用しない出力電圧演算回路３９の図示を省略した図である。It is a figure which shows the internal structure of the boost converter control apparatus 21, and is a figure which abbreviate | omitted illustration of the output voltage calculating circuit 39 which is not used when a changeover switch is set to a side. リアクトル４の電流波形とスイッチング素子Ｑ１スイッチング素子Ｑ２のオン／オフ状態を表す図である。It is a figure showing the ON / OFF state of the current waveform of the reactor 4, and the switching element Q1 switching element Q2. スイッチング素子Ｑ１オフ、スイッチング素子Ｑ２オフのときの昇圧コンバータ７の等価回路は示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the boost converter 7 at the time of switching element Q1 OFF and switching element Q2 OFF.

符号の説明Explanation of symbols

１ 直流電源
２ コンデンサ
３ 電圧センサ
４ リアクトル
５ 電流センサ
７ 昇圧コンバータ
８ コンデンサ
９ 電圧センサ
１０ インバータ
１１ 電流センサ
１２ モータ
１３ 速度センサ
１４ａ、１４ｂ ダイオード
２１ 昇圧コンバータ制御装置
２２ インバータ制御装置
２３ システム制御装置
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Capacitor 3 Voltage sensor 4 Reactor 5 Current sensor 7 Boost converter 8 Capacitor 9 Voltage sensor 10 Inverter 11 Current sensor 12 Motor 13 Speed sensor 14a, 14b Diode 21 Boost converter controller 22 Inverter controller 23 System controller Q1, Q2 switching element

Claims (8)

少なくとも１つのスイッチング素子とリアクトルを有し、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータの出力電圧を制御する昇圧コンバータ制御装置であって、
前記昇圧コンバータの出力電圧の指令値を入力する指令値入力手段と、
前記昇圧コンバータの出力電圧の値を前記入力した指令値に近づけるように、フィードバック制御をして、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を出力するフィードバック制御手段と、
前記昇圧コンバータの出力電圧の値を検出する出力電圧検出手段と、
前記リアクトルを流れる電流の値を検出するリアクトル電流検出手段と、
前記入力電圧の値と前記リアクトル電流検出手段により検出されたリアクトルを流れる電流の値に基づき、前記昇圧コンバータの出力電圧の値を演算する出力電圧演算手段と、
前記昇圧コンバータに対して、第１の応答性能と前記第１の応答性能より高い第２の応答性能のいずれかが求められているかを判断する応答性能判断手段とを備え、
前記フィードバック制御手段は、前記応答性能判断手段が前記第１の応答性能が求められていると判断するとき、前記出力電圧検出手段により検出された出力電圧の値をフィードバックしてフィードバック制御を行い、前記応答性能判断手段が前記第２の応答性能が求められていると判断するとき、前記出力電圧演算手段により演算された出力電圧の値をフィードバックしてフィードバック制御を行うことを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 A boost converter control device that has at least one switching element and a reactor and controls an output voltage of a boost converter that boosts an input voltage,
Command value input means for inputting a command value of the output voltage of the boost converter;
Feedback control means for performing feedback control so as to bring the value of the output voltage of the boost converter close to the input command value, and outputting a control signal for controlling switching of the switching element;
Output voltage detection means for detecting the value of the output voltage of the boost converter;
Reactor current detection means for detecting the value of the current flowing through the reactor;
Based on the value of the input voltage and the value of the current flowing through the reactor detected by the reactor current detection means, output voltage calculation means for calculating the value of the output voltage of the boost converter;
A response performance judging means for judging whether one of a first response performance and a second response performance higher than the first response performance is required for the boost converter;
The feedback control means performs feedback control by feeding back the value of the output voltage detected by the output voltage detection means when the response performance determination means determines that the first response performance is required. When the response performance determination means determines that the second response performance is required, the boost converter performs feedback control by feeding back the value of the output voltage calculated by the output voltage calculation means Control device. 請求項１に記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記フィードバック制御手段は、前記リアクトル電流検出手段により検出された前記リアクトルを流れる電流の値を使用したマイナーループをさらに形成することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 The boost converter control device according to claim 1,
The boost converter control device, wherein the feedback control means further forms a minor loop using the value of the current flowing through the reactor detected by the reactor current detection means. 請求項１から２のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記出力電圧検出手段は、前記昇圧コンバータの出力電圧を示す信号を、第１の時定数を有する第１のフィルタ回路でフィルタリングをし、
前記リアクトル電流検出手段は、前記リアクトルを流れる電流を示す信号を前記第１の時定数より小さい第２の時定数を有する第２のフィルタ回路でフィルタリングをすることを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 2,
The output voltage detection means filters a signal indicating the output voltage of the boost converter with a first filter circuit having a first time constant,
The boost converter control device, wherein the reactor current detection means filters a signal indicating a current flowing through the reactor by a second filter circuit having a second time constant smaller than the first time constant. 請求項１から３のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記応答性能判断手段は、前記指令値入力手段に入力された前記昇圧コンバータの出力電圧の指令値が、ステップ変化する指令値で、変化量が所定の値以上のとき、前記第２の応答性能が求められていると判断することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 3,
The response performance judging means is the second response performance when the command value of the output voltage of the boost converter input to the command value input means is a command value that changes stepwise and the change amount is equal to or greater than a predetermined value. Boost converter control device characterized by the fact that 請求項１から３のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記応答性能判断手段は、前記指令値入力手段に入力された前記昇圧コンバータの出力電圧の指令値の単位時間あたりの変化量が所定の値以上のとき、前記第２の応答性能が求められていると判断することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 3,
The response performance judging means obtains the second response performance when the change amount per unit time of the command value of the output voltage of the boost converter input to the command value input means is a predetermined value or more. A boost converter control device characterized in that it is determined. 請求項１から３のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記応答性能判断手段は、前記昇圧コンバータの出力を使用して駆動される負荷に対する要求出力の指令値が、ステップ変化する指令値で、変化量が所定の値以上のとき、前記第２の応答性能が求められていると判断することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 3,
The response performance determining means is configured to output the second response when a command value of a required output for a load driven using the output of the boost converter is a command value that changes in a step and a change amount is a predetermined value or more. A boost converter control device characterized in that it is determined that performance is required. 請求項１から３のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記応答性能判断手段は、前記昇圧コンバータの出力を使用して駆動される負荷に対する要求出力の指令値の単位時間あたりの変化量が所定の値以上のとき、前記第２の応答性能が求められていると判断することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 3,
The response performance judging means obtains the second response performance when a change amount per unit time of a command value of a required output for a load driven using the output of the boost converter is equal to or greater than a predetermined value. A boost converter control device characterized in that it is determined. 請求項１から７のいずれかに記載の昇圧コンバータ制御装置において、
前記昇圧コンバータは、充電が可能な電池手段からの電圧を入力電圧とし、昇圧した電圧をインバータ回路に出力し、
前記インバータ回路は、車両の駆動輪を駆動する電動機を駆動することを特徴とする昇圧コンバータ制御装置。 In the boost converter control device according to any one of claims 1 to 7,
The boost converter uses the voltage from the battery means that can be charged as the input voltage, and outputs the boosted voltage to the inverter circuit,
The boost converter control device, wherein the inverter circuit drives an electric motor that drives a drive wheel of a vehicle.
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