JP6950575B2 - 昇圧コンバータ - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、昇圧コンバータに関する。
特許文献１には、第１インバータと第２インバータを備えるインバータ装置が開示されている。このインバータ装置は、出力電力に応じて、通電するインバータの数を変更する。すなわち、出力電力が低い場合には、第１インバータのみに通電し、第２インバータに通電しない。出力電力が高い場合には、第１インバータと第２インバータの両方に通電する。このように通電するインバータの数を変更することで、電力変換効率が向上する。
特許文献１のインバータ装置では、常に第１インバータに通電するので、第１インバータのスイッチング素子に偏って負荷が掛かり、第１インバータのスイッチング素子が第２インバータのスイッチング素子よりも先に劣化する。また、特許文献１では、昇圧コンバータについては何ら考慮されていない。本明細書では、昇圧コンバータにおいて、通電する昇圧回路の数を変更可能であるとともに、特定の昇圧回路のスイッチング素子に偏って負荷が掛かることを抑制する技術を提供する。
本明細書が開示する昇圧コンバータは、電源から供給される電圧を昇圧する。この昇圧コンバータは、前記電源の正極に接続されている高電位入力配線と、前記電源の負極に接続されている低電位配線と、高電位出力配線と、前記高電位出力配線と前記低電位配線の間に接続されたコンデンサと、複数の昇圧回路と、制御回路を備えている。前記各昇圧回路が、ダイオードと、スイッチング素子と、リアクトルを備えている。前記各昇圧回路において、前記ダイオードのカソードが前記高電位出力配線に接続されている。前記各昇圧回路において、前記スイッチング素子は、前記ダイオードのアノードに接続されている第１主端子と、前記低電位配線に接続されている第２主端子と、ゲートを備えている。前記各昇圧回路において、前記リアクトルは、前記高電位入力配線と前記ダイオードのアノードの間に接続されている。前記制御回路が、前記各昇圧回路の前記スイッチング素子の前記ゲートに接続されている。前記制御回路が、第１動作と第２動作を実行可能である。前記制御回路が、前記第１動作と前記第２動作のそれぞれにおいて、前記コンデンサを充電する充電電流が大きいほど通電する昇圧回路数を増加する。前記第１動作では、前記制御回路が、前記充電電流が第１範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの第１昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第１範囲よりも大きい第２範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第１昇圧回路と第２昇圧回路に通電する。前記第２動作では、前記制御回路が、前記充電電流が前記第１範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの第３昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第２範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第３昇圧回路と第４昇圧回路に通電する。前記第１昇圧回路が、前記第３昇圧回路以外の昇圧回路である。
なお、本明細書において、昇圧回路に通電することは、昇圧回路のスイッチング素子を繰り返しスイッチングさせることによって、昇圧回路のリアクトル、ダイオード及びスイッチング素子に電流を流すことを意味する。また、上記の「第１範囲よりも大きい第２範囲」は、第２範囲の下限値が第１範囲の上限値より大きいことを意味する。
この昇圧コンバータは、高電位入力配線の電位を昇圧して、昇圧した電位を高電位出力配線に出力する。この昇圧コンバータは、第１動作と第２動作を実行可能であり、第１動作と第２動作のそれぞれにおいて、コンデンサを充電する充電電流が大きいほど通電する昇圧回路数を増加する。したがって、この昇圧コンバータでは、第１動作と第２動作のそれぞれにおいて、高効率で昇圧することができる。
第１動作においては、充電電流が第１範囲内の値であっても第２範囲内の値であっても、第１昇圧回路に電流が流れる。すなわち、第１動作では、第１昇圧回路のスイッチング素子に高い負荷が掛かる。他方、第２動作においては、充電電流が第１範囲内の値であっても第２範囲内の値であっても、第３昇圧回路に電流が流れる。すなわち、第２動作では、第３昇圧回路のスイッチング素子に高い負荷が掛かる。第１昇圧回路は、第３昇圧回路以外の回路である。したがって、第１動作と第２動作とで、高い負荷が掛かるスイッチング素子が異なる。このように、第１動作と第２動作とで、高い負荷が掛かるスイッチング素子を異ならせることで、特定のスイッチング素子が他のスイッチング素子に比べて早く劣化することを抑制することができる。その結果、昇圧コンバータの信頼性を向上することができる。
図１に示す実施形態の昇圧コンバータ１０は、走行用モータを備える車両（例えば、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車等）に搭載されており、走行用モータに電力を供給する。昇圧コンバータ１０は、電源９０と負荷回路９２の間に接続されている。電源９０は、バッテリ、燃料電池等の直流電源である。図示していないが、負荷回路９２は、インバータと走行用モータを備えている。昇圧コンバータ１０は、電源９０から供給される電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷回路９２のインバータに供給する。インバータは、昇圧コンバータ１０から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を走行用モータに供給する。
昇圧コンバータ１０は、高電位入力配線１２、高電位出力配線１４、低電位配線１６、昇圧回路Ｕ、昇圧回路Ｖ、昇圧回路Ｗ、昇圧回路Ｘ、コンデンサ２０、電流センサ２２、及び、制御基板２４を有している。
高電位入力配線１２は、電源９０の正極に接続されている。低電位配線１６は、電源９０の負極に接続されている。また、低電位配線１６は、負荷回路９２に接続されている。高電位出力配線１４は、負荷回路９２に接続されている。昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘは、それぞれ、高電位入力配線１２、高電位出力配線１４、及び、低電位配線１６に接続されている。昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘは、それぞれ、リアクトル３０、ダイオード３２、及び、スイッチング素子３４を有している。
昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘの構成は互いに等しいので、以下に、昇圧回路Ｕの構成について説明する。本実施形態では、スイッチング素子３４は、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）によって構成されている。但し、スイッチング素子３４として、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）等の他のスイッチング素子を用いてもよい。スイッチング素子３４のソースは、低電位配線１６に接続されている。スイッチング素子３４のドレインは、ダイオード３２のアノードに接続されている。スイッチング素子３４のゲートは、制御基板２４に接続されている。ダイオード３２のカソードは、高電位出力配線１４に接続されている。リアクトル３０の一端は、ダイオード３２のアノード及びスイッチング素子３４のドレインに接続されている。リアクトル３０の他端は、高電位入力配線１２に接続されている。すなわち、リアクトル３０は、高電位入力配線１２とダイオード３２のアノードの間に接続されている。
なお、図１では、各昇圧回路が単一のスイッチング素子３４を有しているが、図２に示すように、各昇圧回路が、並列に接続された複数のスイッチング素子３４を有していてもよい。図２では、並列に接続された複数のスイッチング素子３４のゲートに共通の信号が入力される。図２の構成では、複数のスイッチング素子３４が実質的に１つのスイッチング素子として機能する。また、図１では、各昇圧回路が単一のダイオード３２を有しているが、図２に示すように、各昇圧回路が、並列に接続された複数のダイオード３２を有していてもよい。図２の構成では、並列に接続された複数のダイオード３２が実質的に１つのダイオードとして機能する。図２の回路は、図１の回路と実質的に等価である。したがって、以下では、図１に基づいて説明を行う。
また、以下の説明においては、昇圧回路Ｕのリアクトル３０、ダイオード３２、スイッチング素子３４を、リアクトル３０Ｕ、ダイオード３２Ｕ、スイッチング素子３４Ｕと呼び、昇圧回路Ｖのリアクトル３０、ダイオード３２、スイッチング素子３４を、リアクトル３０Ｖ、ダイオード３２Ｖ、スイッチング素子３４Ｖと呼び、昇圧回路Ｗのリアクトル３０、ダイオード３２、スイッチング素子３４を、リアクトル３０Ｗ、ダイオード３２Ｗ、スイッチング素子３４Ｗと呼び、昇圧回路Ｘのリアクトル３０、ダイオード３２、スイッチング素子３４を、リアクトル３０Ｘ、ダイオード３２Ｘ、スイッチング素子３４Ｘと呼ぶ。
コンデンサ２０は、高電位出力配線１４と低電位配線１６の間に接続されている。
電流センサ２２は、電源９０から高電位入力配線１２に流れる電流Ｉ１を検出する。電流センサ２２の検出値は、制御基板２４に送信される。
制御基板２４は、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、及び、３４Ｘのそれぞれのゲートに接続されている。制御基板２４は、各ゲートの電位を制御することによって、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、及び、３４Ｘをスイッチングさせる。制御基板２４は、マイコン２６を有している。マイコン２６は、各昇圧回路の動作方法を記憶している。
図３は、電力制御ユニット５０を示している。電力制御ユニット５０は、複数のスイッチングモジュール４０を積層した構造を備えている。各昇圧回路のスイッチング素子３４とダイオード３２は、対応するスイッチングモジュール４０に内蔵されている。スイッチングモジュール４０は、スイッチング素子３４とダイオード３２を絶縁樹脂によって封止することによってこれらを一体化した部品である。スイッチングモジュール４０Ｕは、スイッチング素子３４Ｕとダイオード３２Ｕを内蔵している。スイッチングモジュール４０Ｖは、スイッチング素子３４Ｖとダイオード３２Ｖを内蔵している。スイッチングモジュール４０Ｗは、スイッチング素子３４Ｗとダイオード３２Ｗを内蔵している。スイッチングモジュール４０Ｘは、スイッチング素子３４Ｘとダイオード３２Ｘを内蔵している。スイッチングモジュール４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘは、この順序で一列に配列されている。スイッチングモジュール４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘは、これらの厚み方向に積層されている。各スイッチングモジュール４０に接するように、冷却板４２が配置されている。スイッチングモジュール４０と冷却板４２が交互に積層されている。このため、各スイッチングモジュール４０は、２つの冷却板４２によって挟まれている。各冷却板４２は、冷却パイプ４４、４６によって互いに接続されている。各冷却板４２の内部には、冷却液流路が設けられている。冷却液が、冷却パイプ４４から、各冷却板４２の冷却流路を通って、冷却パイプ４６へ流れる。冷却液によって、各冷却板４２が冷却される。各冷却板４２によって、各スイッチングモジュール４０が冷却される。
次に、各昇圧回路の昇圧動作について説明する。なお、昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘの昇圧動作は互いに等しいので、ここでは昇圧回路Ｕの昇圧動作について説明する。制御基板２４がスイッチング素子３４Ｕのゲートの電位を制御することで、スイッチング素子３４Ｕがスイッチングする。ゲートの電位がゲート閾値未満となるとスイッチング素子３４Ｕがオフし、ゲートの電位がゲート閾値以上となるとスイッチング素子３４Ｕがオンする。制御基板２４は、スイッチング素子３４が周期的にオン状態とオフ状態になるようにスイッチング素子３４Ｕを制御する。スイッチング素子３４がオンすると、電源９０の正極から、高電位入力配線１２、リアクトル３０Ｕ、スイッチング素子３４Ｕ、低電位配線１６を介して電源９０の負極へ電流が流れる。その後、スイッチング素子３４Ｕがオフすると、リアクトル３０Ｕが電流を流し続ける方向に起電力を生じさせるので、ダイオード３２Ｕのアノードの電位が上昇する。その結果、電源９０の正極から、高電位入力配線１２、リアクトル３０、ダイオード３２Ｕ、及び、高電位出力配線１４を介して、コンデンサ２０へ電流が流れる。これによって、コンデンサ２０が充電され、高電位出力配線１４の電位が上昇する。スイッチング素子３４がオンとオフを繰り返すことで、コンデンサ２０が継続的に充電され、高電位出力配線１４の電位が高電位に制御される。
上述したように、昇圧回路Ｖ、Ｗ、Ｘの昇圧動作は、昇圧回路Ｕの昇圧動作と等しい。以下では、スイッチング素子３４を周期的にスイッチングすることによって、リアクトル３０、ダイオード３２及びスイッチング素子３４に電流を流すことを、昇圧回路に通電するという。制御基板２４は、昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘを独立して制御することができる。
なお、上述したように、コンデンサ２０が充電されるとき（ダイオード３２に電流が流れているとき）には、電源９０から供給される電流Ｉ１がコンデンサ２０に流れる。したがって、コンデンサ２０が充電されるときの電流Ｉ１は、コンデンサ２０に流れる充電電流Ｉ２と略等しい。
制御基板２４は、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃ、及び、動作Ｄを実行することができる。制御基板２４は、イグニッションオンのときに、動作Ａ〜動作Ｄのうちのいずれか１つを選択して開始する。制御基板２４は、イグニッションオフまで選択した動作を実行する。制御基板２４は、次のイグニッションオンのときに、動作Ａ〜動作Ｄのうちの別の１つを選択して開始する。このように、制御基板２４は、イグニッションオンの度に、動作Ａ〜動作Ｄの間で実行する動作を変更する。制御基板２４は、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃ、動作Ｄの順に各動作を実行し、動作Ｄの次に再び動作Ａを実行する。すなわち、制御基板２４は、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃ及び動作Ｄをローテーションで実行する。制御基板２４は、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃ、及び、動作Ｄのそれぞれにおいて、電流センサ２２で検出される電流Ｉ１（すなわち、充電電流Ｉ２）が大きいほど、通電する昇圧回路の数が多くなるように、昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘを制御する。
制御基板２４のマイコン２６は、図４に示す制御方法を記憶している。図４は、動作Ａ、動作Ｂ、動作Ｃ、動作Ｄの詳細を示している。制御基板２４は、図４に示す制御方法に従って、各昇圧回路を制御する。
動作Ａでは、制御基板２４は、最初に、電流Ｉ１を検出する。そして、電流Ｉ１の大きさに応じて、通電する昇圧回路を変更する。
検出された電流Ｉ１が閾値Ｉｔｈ１未満の場合には、制御基板２４は、昇圧回路Ｕに通電し、昇圧回路Ｗ、Ｖ、Ｘに通電しない。このため、昇圧回路Ｕのみが昇圧動作を行い、コンデンサ２０が充電される。
検出された電流Ｉ１が閾値Ｉｔｈ１以上かつ閾値Ｉｔｈ２未満の場合には、制御基板２４は、昇圧回路Ｕ、Ｗに通電し、昇圧回路Ｖ、Ｘに通電しない。このため、昇圧回路Ｕ、Ｗが昇圧動作を行い、コンデンサ２０が充電される。なお、このとき、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｗの間でスイッチングの周期や位相が同じであってもよいし、これらの間でスイッチングの周期や位相が異なっていてもよい。例えば、スイッチング素子３４Ｕとスイッチング素子３４Ｗが同じ周期で逆位相でスイッチングしてもよい。
検出された電流Ｉ１が閾値Ｉｔｈ２以上かつ閾値Ｉｔｈ３未満の場合には、制御基板２４は、昇圧回路Ｕ、Ｗ、Ｖに通電し、昇圧回路Ｘに通電しない。このため、昇圧回路Ｕ、Ｗ、Ｖが昇圧動作を行い、コンデンサ２０が充電される。なお、このとき、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｗ、３４Ｖの間でスイッチングの周期や位相が同じであってもよいし、これらの間でスイッチングの周期や位相が異なっていてもよい。
検出された電流Ｉ１が閾値Ｉｔｈ３以上の場合には、制御基板２４は、全ての昇圧回路Ｕ、Ｗ、Ｖ、Ｘに通電する。このため、昇圧回路Ｕ、Ｗ、Ｖ、Ｘが昇圧動作を行い、コンデンサ２０が充電される。なお、このとき、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｗ、３４Ｖ、３４Ｘの間でスイッチングの周期や位相が同じであってもよいし、これらの間でスイッチングの周期や位相が異なっていてもよい。
第１動作では、制御装置２４は、電流Ｉ１の検出と、検出した電流Ｉ１に応じた昇圧回路への通電を一定の周期で繰り返し実行する。したがって、電流Ｉ１に応じて適切な数の昇圧回路による昇圧動作が行われる。
以上に説明したように、動作Ａでは、電流Ｉ１が大きくなるほど、通電する昇圧回路の数を増やす。このため、電流Ｉ１が大きい場合には、電流Ｉ１が複数の昇圧回路に分散して流れ、各昇圧回路に流れる電流が許容電流を超えないように制御される。これによって、特定の昇圧回路の温度が過度に上昇することが防止される。また、リアクトル３０に電流を流すと、その電流値が低い場合であってもある程度の損失が発生する。このため、上述した動作Ａのように、電流Ｉ１が小さい場合には、通電する昇圧回路の数（すなわち、電流を流すリアクトル３０の数）を減らすことで、発生する損失を低減することができる。以上に説明したように、電流Ｉ１（すなわち、電流Ｉ２）が大きいほど通電する昇圧回路の数を増やすことで、発生する損失を低減しながら、各昇圧回路の過度な温度上昇を防止することができる。
動作Ｂでも、電流Ｉ１が大きくなるほど、通電する昇圧回路の数を増やすように各昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘを制御する。動作Ｂでは、低電流時（Ｉ１＜Ｉｔｈ１のとき）に昇圧回路Ｗに通電し、比較的低電流時（Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のとき）に昇圧回路Ｗ、Ｕに通電し、比較的高電流時（Ｉｔｈ２≦Ｉ１＜Ｉｔｈ３のとき）に昇圧回路Ｗ、Ｕ、Ｘに通電し、高電流時（Ｉｔｈ３≦Ｉ１のとき）に昇圧回路Ｗ、Ｕ、Ｘ、Ｖに通電する。
動作Ｃでも、電流Ｉ１が大きくなるほど、通電する昇圧回路の数を増やすように各昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘを制御する。動作Ｃでは、低電流時（Ｉ１＜Ｉｔｈ１のとき）に昇圧回路Ｖに通電し、比較的低電流時（Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のとき）に昇圧回路Ｖ、Ｘに通電し、比較的高電流時（Ｉｔｈ２≦Ｉ１＜Ｉｔｈ３のとき）に昇圧回路Ｖ、Ｘ、Ｕに通電し、高電流時（Ｉｔｈ３≦Ｉ１のとき）に昇圧回路Ｖ、Ｘ、Ｕ、Ｗに通電する。
動作Ｄでも、電流Ｉ１が大きくなるほど、通電する昇圧回路の数を増やすように各昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘを制御する。動作Ｄでは、低電流時（Ｉ１＜Ｉｔｈ１のとき）に昇圧回路Ｘに通電し、比較的低電流時（Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のとき）に昇圧回路Ｘ、Ｖに通電し、比較的高電流時（Ｉｔｈ２≦Ｉ１＜Ｉｔｈ３のとき）に昇圧回路Ｘ、Ｖ、Ｗに通電し、高電流時（Ｉｔｈ３≦Ｉ１のとき）に昇圧回路Ｘ、Ｖ、Ｗ、Ｕに通電する。
以上に説明したように、動作Ｂ、動作Ｃ、及び、動作Ｄでも、電流Ｉ１が大きくなるほど通電する昇圧回路の数を増やすので、発生する損失を低減しながら、各昇圧回路の過度な温度上昇を防止することができる。
また、動作Ａでは、Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のときに、昇圧回路Ｕと昇圧回路Ｗに通電する。すなわち、図３に示すスイッチングモジュール４０Ｕとスイッチングモジュール４０Ｗに電流を流す。スイッチングモジュール４０Ｕとスイッチングモジュール４０Ｗの間には、電流が流れていないスイッチングモジュール４０Ｖが存在する。このため、電力制御ユニット５０内で分散して熱が発生し、発生した熱が放熱され易い。このため、スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｗの温度上昇が抑制される。図４に示すように、動作Ｂ、動作Ｃ及び動作Ｄでも、Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のときに、隣接するスイッチングモジュール４０に電流が流れないようになっている。このため、動作Ｂ、動作Ｃ及び動作Ｄでも、Ｉｔｈ１≦Ｉ１＜Ｉｔｈ２のときに、スイッチング素子３４の温度上昇が抑制される。
次に、各昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘの通電頻度について説明する。図４に示すように、動作Ａでは、昇圧回路Ｕに常に通電するので、昇圧回路Ｕの通電頻度が最も高い。動作Ｂでは、Ｉｔｈ１≦Ｉ１のときに昇圧回路Ｕに通電するので、昇圧回路Ｕの通電頻度は２番目に高い。動作Ｃでは、Ｉｔｈ２≦Ｉ１のときに昇圧回路Ｕに通電するので、昇圧回路Ｕの通電頻度は３番目に高い。動作Ｄでは、Ｉｔｈ３≦Ｉ１のときのみに昇圧回路Ｕに通電するので、昇圧回路Ｕの通電頻度は最も低い。このように、動作Ａ〜動作Ｄにおいて、昇圧回路Ｕの通電頻度はそれぞれ異なる。同様にして、昇圧回路Ｖの通電頻度は、動作Ｃで最も高く、動作Ｄで２番目に高く、動作Ａで３番目に高く、動作Ｂで最も低い。昇圧回路Ｗの通電頻度は、動作Ｂで最も高く、動作Ａで２番目に高く、動作Ｄで３番目に高く、動作Ｃで最も低い。昇圧回路Ｘの通電頻度は、動作Ｄで最も高く、動作Ｃで２番目に高く、動作Ｂで３番目に高く、動作Ａで最も低い。上述したように、制御基板２４は、動作Ａ〜動作Ｄをローテーションで実行する。このため、各昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘの通電頻度が平均化される。これによって、特定の昇圧回路の通電頻度が他の昇圧回路の通電頻度に比べて突出して高くなることを防止することができる。すなわち、特定のスイッチング素子３４の通電頻度が、他のスイッチング素子３４の通電頻度に比べて突出して高くなることを防止することができる。スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、３４Ｘの間で、負荷が平均化される。これによって、特定のスイッチング素子３４が他のスイッチング素子３４よりも極端に早期に劣化することを抑制することができる。これによって、昇圧コンバータ１０全体としての寿命を延ばすことができる。
なお、上述した実施形態では、図４に示すように、動作Ａ〜動作Ｄの間で昇圧回路Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘの通電頻度が略均一化されていた。しかしながら、少なくとも、通電頻度が最も高い昇圧回路が動作Ａ〜動作Ｄの間で重複しなければ、２番目に通電頻度が高い昇圧回路が重複したり、３番目に通電頻度が高い回路が重複したり、通電頻度が最も低い昇圧回路が重複してもよい。
また、上述した実施形態では、昇圧コンバータが４つの昇圧回路を有していたが、昇圧回路の数をより多くしたり、より少なくしてもよい。
また、上述した実施形態では、イグニッションオンのときに動作Ａ〜動作Ｄのいずれかを選択して実行した。しかしながら、他のタイミングで動作Ａ〜動作Ｄの間で動作を変更してもよい。
なお、上述した実施形態では、高電位入力配線１２に流れる電流Ｉ１を検出し、検出した電流Ｉ１に基づいて通電する昇圧回路の数を変更した。しかしながら、コンデンサ２０に流れる電流Ｉ２を検出し、検出した電流Ｉ２に基づいて通電する昇圧回路の数を変更してもよい。また、他の部分の電流（電流Ｉ２と相関を有する電流）に応じて昇圧回路の数を変更してもよい。
実施形態の構成要素と請求項の構成要素との関係について、以下に説明する。実施形態の動作Ａは、請求項の第１動作の一例である。実施形態の動作Ｄは、請求項の第２動作の一例である。実施形態の動作Ｂは、請求項の第３動作の一例である。実施形態の昇圧回路Ｕは、請求項の第１昇圧回路、第８昇圧回路、及び、第１０昇圧回路の一例である。実施形態の昇圧回路Ｗは、請求項の第２昇圧回路、第６昇圧回路、及び、第９昇圧回路の一例である。実施形態の昇圧回路Ｖは、請求項の第４昇圧回路、及び、第５昇圧回路の一例である。実施形態の昇圧回路Ｘは、請求項の第３昇圧回路、及び、第７昇圧回路の一例である。実施形態の制御基板２４は、請求項の制御回路の一例である。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータでは、第２昇圧回路が、第４昇圧回路以外の昇圧回路であってもよい。
この構成によれば、各スイッチング素子の負荷をより効果的に分散させることができる。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータでは、第１動作では、充電電流が第２範囲よりも大きい第３範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第１昇圧回路と第２昇圧回路と第５昇圧回路に通電してもよく、第２動作では、充電電流が第３範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第３昇圧回路と第４昇圧回路と第６昇圧回路に通電してもよい。第５昇圧回路が、第６昇圧回路以外の昇圧回路であってもよい。なお、「第２範囲よりも大きい第３範囲」とは、第３範囲の下限値が第２範囲の上限値より大きいことを意味する。
この構成によれば、各スイッチング素子の負荷を分散しながら、３相以上の昇圧回路による昇圧が可能となる。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータでは、各昇圧回路のスイッチング素子が、一列に配列されていてもよい。スイッチング素子の列において、第１昇圧回路のスイッチング素子と第２昇圧回路のスイッチング素子の間に他の昇圧回路のスイッチング素子が存在していてもよく、第３昇圧回路のスイッチング素子と第４昇圧回路のスイッチング素子の間に他の昇圧回路のスイッチング素子が存在していてもよい。
この構成によれば、第１動作において充電電流が第２範囲内の値のときに、間隔を開けて配置された第１昇圧回路のスイッチング素子と第２昇圧回路のスイッチング素子に電流が流れる。すなわち、互いに隣接するスイッチング素子に電流が流れることを防止することができる。これによって、スイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。同様に、第２動作において充電電流が第２範囲内の値のときに、間隔を開けて配置された第３昇圧回路のスイッチング素子と第４昇圧回路のスイッチング素子に電流が流れる。これによって、スイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータにおいては、第１動作では、制御回路が、充電電流が第３範囲よりも大きい第４範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第１昇圧回路と第２昇圧回路と第５昇圧回路と第７昇圧回路に通電してもよく、第２動作では、制御回路が、充電電流が第４範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第３昇圧回路と第４昇圧回路と第６昇圧回路と第８昇圧回路に通電してもよい。第７昇圧回路が、第８昇圧回路以外の昇圧回路であってもよい。なお、「第３範囲よりも大きい第４範囲」とは、第４範囲の下限値が第３範囲の上限値より大きいことを意味する。
この構成によれば、各スイッチング素子の負荷を分散しながら、４相以上の昇圧回路による昇圧が可能となる。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータにおいては、複数の昇圧回路の総数が４つであってもよい。第１昇圧回路が第８昇圧回路であってもよく、第２昇圧回路が第６昇圧回路であってもよく、第５昇圧回路が第４昇圧回路であってもよく、第７昇圧回路が第３昇圧回路であってもよい。
この構成によれば、各スイッチング素子の負荷をより効果的に分散させることができる。
本明細書が開示する一例の昇圧コンバータにおいては、制御回路が、第３動作を実行可能であってもよい。第３動作では、制御回路が、充電電流が第１範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第９昇圧回路に通電し、充電電流が第２範囲内の値のときに複数の昇圧回路のうちの第９昇圧回路と第１０昇圧回路に通電してもよい。第９昇圧回路が、第１昇圧回路と第３昇圧回路以外の昇圧回路であってもよい。
この構成によれば、第１〜第３動作を実行することで、各スイッチング素子に対する負荷をさらに分散させることができる。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０：昇圧コンバータ
１２：高電位入力配線
１４：高電位出力配線
１６：低電位配線
２０：コンデンサ
２２：電流センサ
２４：制御基板
３０：リアクトル
３２：ダイオード
３４：スイッチング素子
９０：電源
９２：負荷回路
Ｕ ：昇圧回路
Ｖ ：昇圧回路
Ｗ ：昇圧回路
Ｘ ：昇圧回路
１２：高電位入力配線
１４：高電位出力配線
１６：低電位配線
２０：コンデンサ
２２：電流センサ
２４：制御基板
３０：リアクトル
３２：ダイオード
３４：スイッチング素子
９０：電源
９２：負荷回路
Ｕ ：昇圧回路
Ｖ ：昇圧回路
Ｗ ：昇圧回路
Ｘ ：昇圧回路
Claims (5)
- 電源から供給される電圧を昇圧する昇圧コンバータであって、
前記電源の正極に接続されている高電位入力配線と、
前記電源の負極に接続されている低電位配線と、
高電位出力配線と、
前記高電位出力配線と前記低電位配線の間に接続されているコンデンサと、
複数の昇圧回路と、
制御回路、
を備えており、
前記各昇圧回路が、
カソードが前記高電位出力配線に接続されているダイオードと、
前記ダイオードのアノードに接続されている第１主端子と、前記低電位配線に接続されている第２主端子と、ゲートを備えるスイッチング素子と、
前記高電位入力配線と前記ダイオードのアノードの間に接続されているリアクトル、
を備えており、
前記制御回路が、前記各昇圧回路の前記スイッチング素子の前記ゲートに接続されており、
前記制御回路が、第１動作と第２動作を実行可能であり、
前記制御回路が、前記第１動作と前記第２動作のそれぞれにおいて、前記コンデンサを充電する充電電流が大きいほど通電する昇圧回路数を増加し、
前記第１動作では、前記制御回路が、前記充電電流が第１範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの第１昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第１範囲よりも大きい第２範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第１昇圧回路と第２昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第２範囲よりも大きい第３範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第１昇圧回路と前記第２昇圧回路と第５昇圧回路に通電し、
前記第２動作では、前記制御回路が、前記充電電流が前記第１範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの第３昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第２範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第３昇圧回路と第４昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第３範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第３昇圧回路と前記第４昇圧回路と第６昇圧回路に通電し、
前記第１昇圧回路が、前記第３昇圧回路以外の昇圧回路であり、
前記第５昇圧回路が、前記第６昇圧回路以外の昇圧回路であり、
前記各昇圧回路の前記スイッチング素子が、一列に配列されており、
前記スイッチング素子の列において、前記第１昇圧回路のスイッチング素子と前記第２昇圧回路のスイッチング素子の間に他の昇圧回路のスイッチング素子が存在しており、前記第３昇圧回路のスイッチング素子と前記第４昇圧回路のスイッチング素子の間に他の昇圧回路のスイッチング素子が存在している、
昇圧コンバータ。 - 前記第２昇圧回路が、前記第４昇圧回路以外の昇圧回路である請求項１の昇圧コンバータ。
- 前記第１動作では、前記制御回路が、前記充電電流が前記第３範囲よりも大きい第４範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第１昇圧回路と前記第２昇圧回路と前記第５昇圧回路と第７昇圧回路に通電し、
前記第２動作では、前記制御回路が、前記充電電流が前記第４範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第３昇圧回路と前記第４昇圧回路と前記第６昇圧回路と第８昇圧回路に通電し、
前記第７昇圧回路が、前記第８昇圧回路以外の昇圧回路である、
請求項１または２の昇圧コンバータ。 - 複数の前記昇圧回路の総数が４つであり、
前記第１昇圧回路が、前記第８昇圧回路であり、
前記第２昇圧回路が、前記第６昇圧回路であり、
前記第５昇圧回路が、前記第４昇圧回路であり、
前記第７昇圧回路が、前記第３昇圧回路である、
請求項３の昇圧コンバータ。 - 前記制御回路が、第３動作を実行可能であり、
前記第３動作では、前記制御回路が、前記充電電流が前記第１範囲内の値ときに複数の前記昇圧回路のうちの第９昇圧回路に通電し、前記充電電流が前記第２範囲内の値のときに複数の前記昇圧回路のうちの前記第９昇圧回路と第１０昇圧回路に通電し、
前記第９昇圧回路が、前記第１昇圧回路と前記第３昇圧回路以外の昇圧回路である、
請求項１〜４のいずれか一項の昇圧コンバータ。
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