JP2012005281A

JP2012005281A - 電圧変換回路装置

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Publication number: JP2012005281A
Application number: JP2010139032A
Authority: JP
Inventors: Kota Manabe; 晃太真鍋; Takahiko Hasegawa; 貴彦長谷川; Tomohiko Kaneko; 智彦金子; Hassan Hussein Khalid; ハッサンフッセインハリッド; Shinji Hatae; 慎治波多江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: CN102948059A; CN102948059B; WO2011158080A1; JP5087109B2; DE112011102057T8; US20130119968A1; DE112011102057T5; US8970186B2

Abstract

【課題】スキュー値が許容範囲内となるようにスキュー調整することができる電圧変換回路装置を提供することである。
【解決手段】第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のスキューを調整する昇圧コンバータ回路装置１０であって、昇圧コンバータ回路装置１０を一旦製造した後に、各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューのスキュー値を記憶するスキュー計測記憶処理部２０４と、記憶したスキュー値を補正して、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御した場合のタイミングスキューのスキュー値がゼロとなるように第１パルス信号と第２パルス信号のタイミング関係を調整するタイミング調整処理部２０６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧変換回路装置に係り、特に、少なくとも２つのスイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューを調整する電圧変換回路装置に関する。

近年、二次電池、燃料電池等を用いて電源を構成する電源装置システムが種々開発されている。このような電源装置システムにおいて、例えば、燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで変換することにより負荷側に電圧変換後の電圧を供給している。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータの有する昇圧用スイッチング素子の損失を低減するために、ソフトスイッチ回路構成を採用する場合がある。ソフトスイッチ回路構成にはさまざまな回路が考案されているが、その中でも昇圧回路を制御する主スイッチに加え、スナバ回路を能動的に制御する補助スイッチを保持するソフトスイッチ回路構成は広範囲な動作領域においてソフトスイッチ動作を行うことが可能である。

当該ソフトスイッチ回路構成の一つの例として、昇圧用スイッチング素子と並列にスナバコンデンサ素子とを含む回路構成がある。当該スナバコンデンサ素子が設けられることで昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作時におけるスパイク電圧の発生を抑制することができるが、このような構成によってスイッチング損失を軽減するためにソフトスイッチング動作を行っても昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ素子に電荷が溜まった状態のままの場合があり、スイッチング損失が十分に軽減できない場合がある。したがって、昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ素子に溜まった電荷を除去するためにスイッチング動作を行なう電荷除去用スイッチング素子が設けられている。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、燃料電池システムとして、直流電源である燃料電池と、上記燃料電池の出力電圧を昇圧し、負荷に該昇圧電圧を印加する昇圧部と、上記昇圧部による電圧昇圧を制御する昇圧制御手段と、を備えた構成が開示されている。そして、上記昇圧部は、上記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルに対して、主スイッチ手段によってスイッチング動作を行うことで、該燃料電池の出力電圧を昇圧する主昇圧部と、上記主スイッチ手段に対して並列に接続され該主スイッチ手段に印加される電圧を調整可能なスナバコンデンサを有し、且つ上記主昇圧部による昇圧動作に応じて該スナバコンデンサの印荷電圧が調整される補助昇圧部と、を有する構成が開示されている。さらに、上記昇圧制御手段は、上記主スイッチ手段のスイッチング動作を介して上記昇圧部による出力電圧の昇圧が行われるとき、該主スイッチ手段が所定のスイッチング動作を行う前に上記スナバコンデンサに蓄電された電荷を除去する構成が開示されている。

特開２００９−１６５２４５号公報

ところで、昇圧用スイッチング素子（第１スイッチング素子）のスイッチング制御を行うための第１パルス信号と、電荷除去用スイッチング素子（第２スイッチング素子）のスイッチング制御を行うための第２パルス信号とが所定のタイミング関係で各スイッチング素子にそれぞれ入力され、各スイッチング素子が所望のタイミング関係でスイッチング制御される必要がある。しかし、各パルス信号の信号伝搬時間の差や各スイッチング素子のプロセスバラツキが原因で各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューが発生し、これにより所望のタイミング関係で各スイッチング素子をスイッチングできないため、昇圧用スイッチング素子のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ素子に溜まった電荷を十分に除去できない可能性もある。

本発明の目的は、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御した場合のスイッチング制御のスキュー値がゼロ（０）となるようにスキュー調整することができる電圧変換回路装置を提供することである。

本発明に係る電圧変換回路装置は、リアクトル素子にエネルギを蓄積させるためにスイッチング動作する第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子に並列に設けられるコンデンサ素子と、第１スイッチング素子がスイッチング動作する前にコンデンサ素子に蓄積された電荷を除去するためにスイッチング動作する第２スイッチング素子と、を含む電圧変換回路と、第１スイッチング素子をスイッチング制御するための第１パルス信号と、第２スイッチング素子をスイッチング制御するための第２パルス信号とをそれぞれ所定のタイミング関係で生成する制御部と、を備える電圧変換回路装置を一旦製造した後に、各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューを調整する電圧変換回路装置であって、電圧変換回路装置を一旦製造した後に、所定のタイミング関係にあるスキュー記憶用パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御し、各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューのスキュー値を記憶するスキュー記憶部と、記憶したスキュー値を補正して、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御した場合のタイミングスキューのスキュー値がゼロとなるように第１パルス信号と第２パルス信号のタイミング関係を調整するタイミング調整部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電圧変換回路装置において、タイミング調整部は、制御部がスキュー値を考慮したタイミング関係で第１パルス信号と第２パルス信号を生成するように変更しても良い。

また、本発明に係る電圧変換回路装置において、タイミング調整部は、スキュー値が許容範囲内となるように、第１パルス信号と第２パルス信号を遅延させる遅延調整回路であっても良い。

上記構成の電圧変換回路装置によれば、記憶したスキュー値を補正して、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御した場合のタイミングスキューのスキュー値がゼロとなるように第１パルス信号と第２パルス信号のタイミング関係を調整することができる。

本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータ回路と制御部とを含んだ昇圧コンバータ回路装置を示す図である。本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータ回路のソフトスイッチング処理の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、ソフトスイッチング処理を行うために必要な第１スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングと、第２スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングとのタイミング関係を示す図である。本発明に係る実施の形態において、スキュー計測記憶処理部によって、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子がオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶する際の模式図である。本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータ回路装置を一旦製造してスキュー調整する手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータ回路と制御部とタイミング調整回路部とを含んだ昇圧コンバータ回路装置を示す図である。本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータ回路装置を一旦製造してスキュー調整する手順を示すフローチャートである。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、昇圧コンバータ回路１００と制御部２００とを含んだ昇圧コンバータ回路装置１０を示す図である。昇圧コンバータ回路装置１０は、電気化学反応により電力を発電する燃料電池２０と、燃料電池２０の電力により駆動される負荷装置３０との間に設けられている。昇圧コンバータ回路装置１０は、燃料電池２０の出力電圧（直流電圧）を所定の電圧に昇圧し、負荷装置３０に対して当該昇圧電圧（直流電圧）を供給する電圧変換装置である。ここで、負荷装置３０は、昇圧コンバータ回路装置１０によって出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、当該交流電圧によって回転駆動されるモータとを含んで構成される。なお、上記では、電圧変換回路装置は昇圧コンバータ回路装置１０であるとして説明したが、昇圧とともに降圧も行なう昇降圧コンバータ回路装置であってもよい。

昇圧コンバータ回路装置１０は、昇圧コンバータ回路１００と制御部２００とを含んで構成される。昇圧コンバータ回路１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータとしての昇圧動作を行うための主昇圧回路１２０と、ソフトスイッチング動作を行うための補助回路１３０とを含んで構成される。

主昇圧回路１２０は、コンデンサ１２１と、コイル１２２と、第１スイッチング素子１２４と、ダイオード１２６と、ダイオード１２８と、コンデンサ１２９とを含んで構成される。

コンデンサ１２１は、正極側端子が燃料電池２０の正極側端子と接続され、負極側端子が燃料電池２０の負極側端子と接続され、燃料電池２０の電圧変動を平滑化する機能を有するキャパシタ素子である。なお、燃料電池２０の負極側端子は接地されている。

コイル１２２は、正極側端子が燃料電池２０の正極側端子と接続され、負極側端子が第１スイッチング素子１２４の一方側端子と接続されるリアクトル素子である。

第１スイッチング素子１２４は、一方側端子がコイル１２２の負極側端子と接続され、他方側端子が燃料電池２０の負極側端子と接続されるスイッチング素子である。

ダイオード１２６は、カソード端子が第１スイッチング素子１２４の一方側端子と接続され、アノード端子が第１スイッチング素子１２４の他方側端子と接続される整流素子である。

ダイオード１２８は、アノード端子がコイル１２２の負極側端子と接続され、カソード端子がコンデンサ１２９の正極側端子に接続される整流素子である。

コンデンサ１２９は、正極側端子が負荷装置３０の一方端と接続され、他方側端子が燃料電池２０の負極側端子と接続され、昇圧電圧の電圧変動の平滑化を行なうキャパシタ素子である。

ここで、主昇圧回路１２０は、第１スイッチング素子１２４とダイオード１２６で構成されるスイッチング回路のスイッチング動作によって、コイル１２２に蓄えられたエネルギを負荷装置３０側にダイオード１２８を介して解放することで燃料電池２０の出力電圧を昇圧する。

補助回路１３０は、ダイオード１３１と、スナバコンデンサ１３２と、第２スイッチング素子１３４と、ダイオード１３５と、ダイオード１３６と、コイル１３８とを含んで構成される。

ダイオード１３１は、アノード端子が第１スイッチング素子１２４の一方側端子と接続され、カソード端子がスナバコンデンサ１３２の正極側端子と接続される整流素子である。

スナバコンデンサ１３２は、正極側端子がダイオード１３１のカソード端子と接続され、負極側端子が第１スイッチング素子１２４の他方側端子と接続されるキャパシタ素子である。つまり、スナバコンデンサ１３２は、第１スイッチング素子１２４と並列に接続され、第１スイッチング素子１２４がスイッチング動作する際に発生するスパイク電圧を抑制する機能を有する。

第２スイッチング素子１３４は、一方側端子は、スナバコンデンサ１３２の正極側端子に接続され、他方側端子がダイオード１３６のアノード端子と接続されるスイッチング素子である。

ダイオード１３５は、アノード端子が第２スイッチング素子１３４の他方側端子と接続され、カソード端子が第２スイッチング素子１３４の一方側端子と接続される整流素子である。

ダイオード１３６は、アノード端子が第２スイッチング素子１３４の他方側端子と接続され、カソード端子はコイル１３８の正極側端子と接続される整流素子である。

コイル１３８は、正極側端子がダイオード１３６のカソード端子と接続され、正極側端子がコイル１２２の正極側端子と接続されるリアクトル素子である。

次に、昇圧コンバータ回路１００において第１スイッチング素子１２４のスイッチング損失を軽減させるソフトスイッチング動作について、図２を用いて説明する。図２は、昇圧コンバータ回路１００のソフトスイッチング処理の手順を示すフローチャートである。ソフトスイッチング処理が行われる第１ステップ（初期状態）は、燃料電池２０から負荷装置３０に電力が供給されている状態であり、第１スイッチング素子１２４、第２スイッチング素子１３４がともにオフ制御されている。このとき、コイル１２２とダイオード１２８とを介して流れる電流が負荷装置３０側に供給される。

その後、第２ステップにおいて、第１スイッチング素子１２４はオフ制御されたままの状態であり、第２スイッチング素子１３４がオフ制御からオン制御に切り替わる。これにより、昇圧コンバータ回路１００の出力電圧Ｖ_Hと入力電圧Ｖ_Lの電位差によって、コイル１２２及びダイオード１２８を介して負荷装置３０側に流れていた電流が、ダイオード１３１を介して補助回路１３０側に徐々に流れていくこととなる。

上記第２ステップの状態が所定時間継続すると、ダイオード１２８を流れる電流が０（ゼロ）となり、第３ステップにおいて、スナバコンデンサ１３２と燃料電池２０の電圧Ｖ_Lとの電位差により、スナバコンデンサ１３２に蓄電されていた電荷がダイオード１３６を介してコイル１３８に流れ込んでいく。ここで、スナバコンデンサ１３２の電荷は、第１スイッチング素子１２４がオン制御されるときの第１スイッチング素子１２４への印加電圧に影響を与える。しかし、上記第３ステップにおいて、スナバコンデンサ１３２の電荷が、コイル１３８に流れ込むことで、スナバコンデンサ１３２にかかる電圧が低下していく。このとき、コイル１３８とスナバコンデンサ１３２の半波共振により、スナバコンデンサ１３２の電圧が０となるまで電流が流れる。

次に、第４ステップにおいて、スナバコンデンサ１３２の電荷が抜け切った後に、第１スイッチング素子１２４がオフ制御からオン制御に切り替わる。ここで、上記第３ステップにおいて、スナバコンデンサ１３２の電圧が０とされているため、第１スイッチング素子１２４にかかる電圧も０となる。したがって、その状態で第１スイッチング素子１２４がオン制御されると、第１スイッチング素子１２４にかかる電圧を０と状態にした上で電流を流し始めることになるため、第１スイッチング素子１２４におけるスイッチング損失を無くすことができる。

上記第４ステップの状態が所定時間継続すると、第５ステップにおいて、コイル１２２に流れ込んでいく電流量を増加させて、コイル１２２に蓄えられるエネルギを徐々に増やしていく。

その後、コイル１２２に所望のエネルギが蓄えられると、第６ステップにおいて、第１スイッチング素子１２４及び第２スイッチング素子１３４がオン制御からオフ制御に切り替わる。このとき、上記第３ステップで電荷が抜かれて電圧が０となっているスナバコンデンサ１３２に再び電荷が充電され、昇圧コンバータ回路１００の出力電圧Ｖ_Hと同電圧に至る。

そして、スナバコンデンサ１３２が電圧Ｖ_Hまで充電されると、ソフトスイッチング処理の第７ステップにおいて、コイル１２２に蓄えられたエネルギが負荷装置３０側に解放される。第７ステップが終わればリターン処理へと進む。

上記のように、ソフトスイッチング処理を行うことで、第１スイッチング素子１２４のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ１３２に溜まった電荷を除去することができる。これにより、主昇圧回路１２０でのスイッチング損失を大きく低減させることが可能となる。

ここで、図２のフローチャートにおいて示されたソフトスイッチング処理を実現するためには、第１スイッチング素子１２４のスイッチング制御のタイミングと、第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングを図３に示すタイミング関係にする必要がある。図３は、ソフトスイッチング処理を行うために必要な第１スイッチング素子１２４のスイッチング制御のタイミングと、第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングとのタイミング関係を示す図である。ここで、ソフトスイッチング処理を実現するためには、１つのクリティカルな制約が課されている。当該制約は、第１スイッチング素子１２４のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ１３２に溜まった電荷を確実に除去するために、第２スイッチング素子１３４がオン制御されてから第１スイッチング素子１２４がオン制御されるまでの先行時間が所定の時間以上となる必要がある。したがって、当該先行時間が所定の時間以上となるためには、第２スイッチング素子１３４がオン制御されるタイミングと第１スイッチング素子１２４がオン制御されるタイミングのスキュー値が許容範囲内に収まっている必要がある。

なお、上記のタイミングに関する制約は、第１スイッチング素子１２４のスイッチング動作の前にスナバコンデンサ１３２に溜まった電荷を確実に除去するために、第２スイッチング素子１３４がオン制御されてから第１スイッチング素子１２４がオン制御されるまでの先行時間が所定の時間以上となる必要があるものとして説明した。しかしながら、このようなタイミングに関する制約は、その他のタイミングに関する制約であってもよく、例えば、第２スイッチング素子１３４がオフ制御されてから第１スイッチング素子１２４がオフ制御されるまでの時間が所定の時間以上となる必要があるといった制約であってもよい。

制御部２００は、昇圧コンバータ回路１００を制御する機能を有し、ここでは、特に、ソフトスイッチング処理を実現するために必要なタイミング制約において、スキューが許容範囲内となるようにスキュー調整する機能について説明する。制御部２００は、パルス生成処理部２０２と、スキュー計測記憶処理部２０４と、タイミング調整処理部２０６とを含んで構成される。

パルス生成処理部２０２は、第２パルス信号（第２スイッチング素子１３４をスイッチング制御するための信号）が立ち上がってから第１パルス信号（第１スイッチング素子１２４をスイッチング制御するための信号）が立ち上がるまでの先行時間が所定の時間となるように、図３に示される関係で第１パルス信号と第２パルス信号を生成して出力する機能を有する。具体的には、所定の周期の三角波と所定の基準電圧とを比較する比較器を用い、第１パルス信号用の基準電圧と第２パルス信号用の基準電圧をそれぞれ設定することで、第１パルス信号と第２パルス信号とをそれぞれ生成している。

スキュー計測記憶処理部２０４は、実際に昇圧コンバータ回路装置１０を一旦製造し、製品として出荷できる状態となったときに、同一のパルス信号（換言すれば、第１パルス信号と第２パルス信号の代わりに、同一のタイミングで立ち上がった後所定の期間が経過してから同一のタイミングで立ち下がるスキュー計測記憶用信号）を用いて第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４をスイッチング制御する機能を有する。そして、スキュー計測記憶処理部２０４は、スキュー計測記憶用信号によって第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶する。ここで、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４は、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４の電圧が所定の閾値電圧（例えば、電源電圧の１０％）を超えたときにオン制御されたと判断される。なお、上記では、スキュー計測記憶処理部２０４は、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶するものとして説明したが、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がオフ制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶するものとしてもよい。なお、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングスキューは、各パルス信号が各スイッチング素子に到達するまでの回路遅延と、各スイッチング素子のプロセスバラツキ等が原因となり発生する。図４は、スキュー計測記憶処理部２０４によって、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶する際の模式図である。図４に示されるように、スキュー値を計測する際には、短絡電流が流れることを防止するために、第１スイッチング素子１２４に直列に抵抗素子１２４ａが接続され、第２スイッチング素子１３４に直列に抵抗素子１３４ａが接続される。そして、図４に示されるように、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４には、同一パルス信号（スキュー計測記憶用信号１１１）が入力されて、それぞれがオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶している。

タイミング調整処理部２０６は、スキュー計測記憶処理部２０４によって検出されたスキュー値に基づいて、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４とをスイッチング制御した場合のタイミングスキューのスキュー値がゼロとなるように、第１パルス信号と第２パルス信号のタイミングを調整する機能を有する。また、タイミング調整処理部２０６は、スキュー計測記憶処理部２０４によって記憶しているスキュー値を元に、出力するパルス信号（第１パルス信号と第２パルス信号）を補正して、理論的にスキューがゼロのパルス信号（第１パルス信号と第２パルス信号）を出力する機能を有する。具体的には、スキュー値がゼロとなるように、パルス生成処理部２０２の比較器において比較される第１パルス信号用の基準電圧と第２パルス信号用の基準電圧の値を変更することにより、第１パルス信号と第２パルス信号を生成するタイミングを調整する。

上記構成の昇圧コンバータ回路装置１０の作用について、図１〜図５を用いて説明する。図５は、昇圧コンバータ回路装置１０を一旦製造してスキューを調整する手順を示すフローチャートである。まず、最初に昇圧コンバータ回路装置１０についての周知の製造工程を行なって、昇圧コンバータ回路装置１０を一旦製造する(Ｓ１０)。このとき、各パルス信号が各スイッチング素子に到達するまでの回路遅延と、各スイッチング素子のプロセスバラツキ等の原因によって、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングスキューが発生する。

次に、昇圧コンバータ回路装置１０が一旦製造された後に制御部２００のスキュー計測記憶処理部２０４によって、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングスキューのスキュー値を計測して記憶する（Ｓ１２）。具体的には、第１パルス信号と第２パルス信号の代わりに、スキュー計測記憶用信号を用いて第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がスイッチング制御され、スキュー計測記憶用信号によって第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４がオン制御されたときの誤差をスキュー値として計測して記憶する。

そして、スキュー計測記憶処理部２０４によって記憶されたスキュー値に基づいて、タイミング調整処理部２０６によって、当該スキュー値が許容範囲内（ゼロ）となるようにパルス生成処理部２０２の比較器において比較される第１パルス信号用の基準電圧と第２パルス信号用の基準電圧の値を変更することにより、第１パルス信号と第２パルス信号を生成するタイミングが調整される（Ｓ１４）。Ｓ１４の後は、ＥＮＤ処理へと進む。

上記のように、昇圧コンバータ回路装置１０によれば、一旦昇圧コンバータ回路装置１０の仮製造を行った後に、実際のスキュー値を測定し、当該スキュー値が許容範囲内（ゼロ）となるように第１パルス信号と第２パルス信号の生成タイミングを調整することができる。このように、昇圧コンバータ回路装置１０によれば、実際にスキュー値が発生することを前提として、スキュー値が許容範囲内となるように各パルス信号の生成タイミングを調整しているため、昇圧コンバータ回路装置１０の構成部品について特別な選定（スキューが発生しにくいような部品の選定）等といったコストがかさむような対応なしに、より簡単にスキュー調整を行うことができる。

次に、昇圧コンバータ回路装置１０の変形例である昇圧コンバータ回路装置１１について説明する。昇圧コンバータ回路装置１１と昇圧コンバータ回路装置１０の相違は、制御部２０１とタイミング調整回路部３００のみだけであるため、その相違点を中心に説明する。図６は、昇圧コンバータ回路１００と制御部２０１とタイミング調整回路部３００とを含んだ昇圧コンバータ回路装置１１を示す図である。

制御部２０１は、パルス生成処理部２０３と、スキュー計測記憶処理部２０５とを含んで構成される。ここで、パルス生成処理部２０３は、制御部２００のパルス生成処理部２０２と同様の機能であるため詳細な説明は省略する。スキュー計測記憶処理部２０５は、制御部２００のスキュー計測記憶処理部２０４と同様にスキュー値を計測して記憶するが、当該スキュー値の計測記憶機能に加え、タイミング調整回路部３００に対して、スキュー値を許容範囲内（ゼロ）とするために必要な遅延値を算出して、タイミング調整回路部３００において第１パルス信号と第２パルス信号を遅延させるために遅延値情報を送信する機能を有している。なお、スキュー計測記憶処理部２０５におけるスキュー値の計測記憶機能については、スキュー計測記憶処理部２０４を説明する際に用いた図４に示された模式図と同様の構成でスキュー値を計測して記憶しているため、詳細な説明は省略する。また、スキュー計測記憶処理部２０５は、制御部２０１に組み込まれるものとして説明したが、その他の機器に実装されてもよく、例えば、昇圧コンバータ回路装置１１の検査を行う検査機側に組み込まれてもよい。

タイミング調整回路部３００は、遅延調整回路３０２と遅延調整回路３０４とを含んで構成される。遅延調整回路３０２は、制御部２０１のスキュー計測記憶処理部２０５からの遅延値情報に基づき、パルス生成処理部２０３によって生成された第１パルス信号を必要な時間だけ遅延させるための回路である。遅延調整回路３０４は、制御部２０１のスキュー計測記憶処理部２０５からの遅延値情報に基づき、パルス生成処理部２０３によって生成された第２パルス信号を必要な時間だけ遅延させるための回路である。具体的には、遅延調整回路３０２と遅延調整回路３０４は、様々な遅延量を有するバッファ回路の組み合わせを選択することで必要な遅延時間だけ遅延させることができる。また、遅延調整回路３０２と遅延調整回路３０４は、様々な遅延量を有する抵抗素子やコンデンサ素子の組み合わせを選択することで必要な遅延時間だけ遅延させる構成を用いてもよい。

上記構成の昇圧コンバータ回路装置１１の作用について、図６，図７を用いて説明する。図７は、昇圧コンバータ回路装置１１を一旦製造してスキュー調整する手順を示すフローチャートである。まず、最初に昇圧コンバータ回路装置１１についての周知の製造工程を行なって、昇圧コンバータ回路装置１１を一旦製造する(Ｓ２０)。

次に、昇圧コンバータ回路装置１１が一旦製造された後に制御部２０１のスキュー計測記憶処理部２０５によって、第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４のスイッチング制御のタイミングスキューのスキュー値を計測して記憶する（Ｓ２２）。

そして、スキュー計測記憶処理部２０５によって検出されたスキュー値に基づいて、当該スキュー値を許容範囲内（ゼロ）とするために、第１パルス信号と第２パルス信号とがそれぞれ必要な遅延時間だけ遅延されるように遅延調整回路３０２と遅延調整回路３０４において遅延調整される（Ｓ２４）。Ｓ２４の後は、ＥＮＤ処理へと進む。

上記のように、昇圧コンバータ回路装置１１によれば、一旦昇圧コンバータ回路装置１１の仮製造を行った後に、実際のスキュー値を測定し、当該スキュー値が許容範囲内となるように第１パルス信号と第２パルス信号を必要な時間だけ遅延させることができる。このように、昇圧コンバータ回路装置１１によっても、より簡単にスキュー調整を行うことができる。

なお、上記昇圧コンバータ回路装置１０，１１においてスキュー値の測定は、同一のタイミング関係にあるスキュー計測記憶用信号を用いて測定するものとして説明したが、図３に示される関係で生成された第１パルス信号と第２パルス信号をそれぞれ第１スイッチング素子１２４と第２スイッチング素子１３４に入力したときの先行時間と所望の先行時間との誤差をスキュー値として検出するものとしてもよい。

また、上記昇圧コンバータ回路装置１０，１１では、一旦製造を行なった後に実際のスキュー値を測定して、自動的に第１パルス信号と第２パルス信号のタイミングを調整するものとして説明したが、スキュー値をフラッシュＲＯＭ等に記録し、当該記録された値に基づいて、手動で第１パルス信号用の基準電圧と第２パルス信号用の基準電圧の値を変更したり、遅延調整回路３０２、遅延調整回路３０４の遅延量を変更したりすることで、第１パルス信号と第２パルス信号のタイミングを調整するものとしてしてもよい。

１０，１１昇圧コンバータ回路装置、２０燃料電池、３０負荷装置、１００昇圧コンバータ回路、１１１スキュー計測記憶用信号、１２０主昇圧回路、１２１コンデンサ、１２２コイル、１２４第１スイッチング素子、１２４ａ抵抗素子、１２６ダイオード、１２８ダイオード、１２９コンデンサ、１３０補助回路、１３１ダイオード、１３２スナバコンデンサ、１３４第２スイッチング素子、１３４ａ抵抗素子、１３５ダイオード、１３６ダイオード、１３８コイル、２００制御部、２０１制御部、２０２パルス生成処理部、２０３パルス生成処理部、２０４スキュー計測記憶処理部、２０５スキュー計測記憶処理部、２０６タイミング調整処理部、３００タイミング調整回路部、３０２遅延調整回路、３０４遅延調整回路。

Claims

リアクトル素子にエネルギを蓄積させるためにスイッチング動作する第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子に並列に設けられるコンデンサ素子と、第１スイッチング素子がスイッチング動作する前にコンデンサ素子に蓄積された電荷を除去するためにスイッチング動作する第２スイッチング素子と、を含む電圧変換回路と、
第１スイッチング素子をスイッチング制御するための第１パルス信号と、第２スイッチング素子をスイッチング制御するための第２パルス信号とをそれぞれ所定のタイミング関係で生成する制御部と、
を備える電圧変換回路装置を一旦製造した後に、各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューを調整する電圧変換回路装置であって、
電圧変換回路装置を一旦製造した後に、所定のタイミング関係にあるスキュー記憶用パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御し、各スイッチング素子のスイッチング制御のタイミングスキューのスキュー値を記憶するスキュー記憶部と、
記憶したスキュー値を補正して、第１パルス信号と第２パルス信号を用いて各スイッチング素子をスイッチング制御した場合のタイミングスキューのスキュー値がゼロとなるように第１パルス信号と第２パルス信号のタイミング関係を調整するタイミング調整部と、
を備えることを特徴とする電圧変換回路装置。
請求項１に記載の電圧変換回路装置において、
タイミング調整部は、
制御部がスキュー値を考慮したタイミング関係で第１パルス信号と第２パルス信号を生成するように変更することを特徴とする電圧変換回路装置。
請求項１に記載の電圧変換回路装置において、
タイミング調整部は、
スキュー値が許容範囲内となるように、第１パルス信号と第２パルス信号を遅延させる遅延調整回路であることを特徴とする電圧変換回路装置。