JP6962233B2 - 車載用のｄｃｄｃコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、車載用のＤＣＤＣコンバータに関するものである。

特許文献１には、電圧変換装置の一例が開示されている。この電圧変換装置は、昇圧型のＤＣＤＣコンバータとして機能するものであり、制御部において、フィードバック演算部と、フィードフォワード演算部と、ゲイン選択部とが設けられている。ゲイン選択部は、比例ゲイン及び積分ゲインの組合せからなる複数組の候補ゲインをマトリックスとして記憶しており、２組以上の候補ゲインについてシステム電圧の変動量を示す評価関数を演算し、評価関数を最小とする候補ゲインをフィードバックゲインに設定するように機能する。

特許第６２２１８５１号公報

ところで、この種の車載用ＤＣＤＣコンバータでは、フィードバック演算で用いるゲインをどの程度に設定するかが問題となる。例えば、ゲインを大きく設定した場合、出力電圧値が目標電圧値から大きく外れているとき（例えば、起動直後など）に出力電圧値をより早く上昇させて目標電圧値に到達させることが可能となるが、出力電圧値が目標電圧値に到達した後にオーバーシュートが大きくなってしまうという問題がある。逆に、ゲインを小さく設定した場合、オーバーシュートを抑えることはできるが、出力電圧値が目標電圧値から大きく外れている場合、目標電圧値付近に近づくまでに時間がかかってしまうという問題がある。このように、出力電圧値が目標電圧値から大きく外れている場合と、目標電圧値に近い場合とでは、望ましいゲインが異なるが、従来から提供されている車載用のＤＣＤＣコンバータでは、出力電圧値に基づいてゲインを切り替えることはできなかった。

本発明は上述した課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、電圧変換部が電圧変換を行っているときに、電圧変換中の出力電圧値に合わせたゲインに切り替え得る車載用のＤＣＤＣコンバータを提供することを目的とする。

本発明の一つである車載用のＤＣＤＣコンバータは、
第１導電路及び第２導電路に電気的に接続されるとともに前記第１導電路及び前記第２導電路のいずれか一方を入力側導電路とし、他方を出力側導電路とし、前記入力側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記出力側導電路に出力する車載用のＤＣＤＣコンバータであって、
ＰＷＭ信号が与えられることに応じてオンオフ動作するスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記入力側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記出力側導電路に出力する電圧変換部と、
前記出力側導電路の電圧値を検出する電圧検出部と、
フィードバック演算で使用する使用ゲインを設定するゲイン設定部と、
少なくとも前記電圧検出部で検出された電圧値と前記ゲイン設定部で設定された前記使用ゲインとに基づいて前記出力側導電路の電圧値を目標電圧値に近づけるようにＰＷＭ信号のデューティを算出するフィードバック演算を繰り返し行う演算部を備え、前記演算部がフィードバック演算を行う毎に、フィードバック演算で算出された算出デューティに基づいて使用デューティを決定するデューティ決定部と、
前記デューティ決定部で決定した前記使用デューティに応じたＰＷＭ信号を前記スイッチング素子に向けて出力する駆動部と、
を有し、
前記ゲイン設定部は、前記電圧検出部で検出された電圧値に基づいて前記使用ゲインを設定する。

上述の車載用のＤＣＤＣコンバータは、電圧検出部で検出された電圧値に基づいて使用ゲインを設定することができるため、電圧変換部が実際に電圧変換を行っているときの出力電圧値に合わせたゲインでフィードバック演算を行うことができる。

実施例１の車載用のＤＣＤＣコンバータを備えた車載用電源システムを概略的に例示する回路図である。 実施例１のＤＣＤＣコンバータにおける制御部等の詳細を例示するブロック図である。 実施例１のＤＣＤＣコンバータで行われるフィードバック制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１のＤＣＤＣコンバータにおける判定部による判定処理を例示するフローチャートである。 出力電圧波形と、ゲイン変更指示信号およびデューティ加算値の加算指示信号の出力タイミングの関係を説明する説明図である。

発明の望ましい形態を以下に例示する。
ゲイン設定部は、電圧検出部で検出された電圧値と目標電圧値との差が所定閾値未満である場合に第１ゲインを使用ゲインとして設定し、電圧検出部で検出された電圧値と目標電圧値との差が所定閾値以上である場合に第１ゲインよりも大きい第２ゲインを使用ゲインとして設定する構成であってもよい。

このように構成された車載用のＤＣＤＣコンバータは、電圧変換部が実際に電圧変換を行っているとき、出力電圧値と目標電圧値との差が一定程度以上に大きい場合には、相対的に大きい第２ゲインを用いてフィードバック演算を行うことで、出力電圧値と目標電圧値との差を減少させる速度を大きくすることができ、出力電圧値をより迅速に目標電圧値に近づけることができる。一方で、出力電圧値と目標電圧値との差が一定程度未満に小さい場合には、相対的に小さい第１ゲインを用いてフィードバック演算を行うことで、オーバーシュートやアンダーシュートを抑えながら出力電圧値を目標電圧値に近づけることができる。

デューティ決定部は、演算部がフィードバック演算を行う場合において、
電圧検出部で検出された電圧値と目標電圧値との差が所定閾値よりも大きい第２閾値以上である場合、第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された算出デューティに対し所定の加算処理で得られた加算値を加算して使用デューティを決定し、電圧検出部で検出された電圧値と目標電圧値との差が所定閾値以上且つ第２閾値未満である場合、第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された算出デューティを使用デューティとして決定する構成であってもよい。
このように構成された車載用のＤＣＤＣコンバータは、出力電圧値と目標電圧値との差がより大きい場合（第２閾値以上である場合）、相対的に大きい第２ゲインを用いてフィードバック演算を行う動作と、デューティに加算値（所定の加算処理で得られた値）を加算してデューティを増大させる動作とを併用することができる。つまり、出力電圧値と目標電圧値との差がより大きい場合には、出力電圧値と目標電圧値との差を減少させる速度を一層大きくすることができる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示すＤＣＤＣコンバータ１は、例えば、車載用の昇降圧型ＤＣＤＣコンバータとして構成されており、第１導電路９１又は第２導電路９２の一方の導電路に印加された直流電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する構成をなすものである。

ＤＣＤＣコンバータ１は、電力線としての第１導電路９１及び第２導電路９２を備える。第１導電路９１は、高圧電源部である第１電源部１０１の高電位側の端子に電気的に接続され、この高電位側の端子と導通する配線であり、第１電源部１０１から所定の直流電圧が印加される構成をなす。第２導電路９２は、低圧電源部である第２電源部１０２の高電位側の端子に電気的に接続され、この高電位側の端子と導通する配線であり、第２電源部１０２から所定の直流電圧が印加される構成をなす。

第１電源部１０１、第２電源部１０２は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、その他の蓄電部など、公知の蓄電手段によって構成されている。第１電源部１０１の出力電圧は、第２電源部１０２の出力電圧よりも高い電圧であればよく、それぞれの出力電圧の具体的な値は特に限定されない。第１電源部１０１及び第２電源部１０２の低電位側の端子は図示しないグラウンド部に電気的に接続され、所定のグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。

第１電源部１０１に電気的に接続された第１導電路９１には、車載負荷１１１が電気的に接続されており、車載負荷１１１は第１電源部１０１から電力供給を受ける構成をなす。第２電源部１０２に電気的に接続された第２導電路９２には、車載負荷１１２が電気的に接続されており、車載負荷１１２は第２電源部１０２から電力供給を受ける構成をなす。車載負荷１１１、１１２は、公知の車載用の電気部品であり、特に種類は限定されない。

電圧変換部６は、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のオンオフ動作により入力された電圧を昇圧又は降圧して出力する機能を有する。電圧変換部６は、第１導電路９１と第２導電路９２との間に設けられ、降圧動作を行う降圧機能と、昇圧動作を行う昇圧機能とを有している。以下の説明では、電圧変換部６において、第１導電路９１に印加された電圧を降圧して第２導電路９２に出力する降圧機能と、第２導電路９２に印加された電圧を昇圧して第１導電路９１に出力する昇圧機能とが実行され得る例について説明する。

電圧変換部６は、Ｈブリッジ構造で配置されたスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、インダクタＬと、を備え、いわゆる双方向型のＤＣＤＣコンバータとして機能する。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、いずれもＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。インダクタＬは、公知のコイルとして構成されている。なお、第１導電路９１には、コンデンサ８１の一方の電極が電気的に設けられ、コンデンサ８１の他方の電極はグラウンドに電気的に接続されている。第２導電路９２には、コンデンサ８２の一方の電極が電気的に接続され、コンデンサ８２の他方の電極はグラウンドに電気的に接続されている。

電圧変換部６において、スイッチング素子Ｔ１のドレインには、第１導電路９１が電気的に接続され、スイッチング素子Ｔ１のソースには、スイッチング素子Ｔ２のドレイン及びインダクタＬの一端が電気的に接続されている。スイッチング素子Ｔ３のドレインには、第２導電路９２が電気的に接続され、スイッチング素子Ｔ３のソースには、スイッチング素子Ｔ４のドレイン及びインダクタＬの他端が電気的に接続されている。スイッチング素子Ｔ２，Ｔ４のそれぞれのソースはグラウンドに電気的に接続されている。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のそれぞれのゲートには、後述する駆動部８からの各信号がそれぞれ入力される。

電圧検出部２０は、電圧検出部２１，２２を備える。電圧検出部２１，２２はいずれも、公知の電圧検出回路として構成されている。電圧検出部２１は、第１導電路９１の電圧を示す値（例えば第１導電路９１の電圧値、又は第１導電路９１の電圧値を分圧回路によって分圧した値等）を検出値として制御部１２に入力する。電圧検出部２２は、第２導電路９２の電圧を示す値（例えば第２導電路９２の電圧値、又は第２導電路９２の電圧値を分圧回路によって分圧した値等）を検出値として制御部１２に入力する。制御部１２は、電圧検出部２１から入力された値（電圧検出部２１の検出値）に基づいて第１導電路９１の電圧値を特定することができ、電圧検出部２２から入力された値（電圧検出部２１の検出値）に基づいて第２導電路９２の電圧値を特定することができる。

電流検出部３０は、電流検出部３１，３２を備える。電流検出部３１，３２はいずれも、公知の電流検出回路として構成されている。電流検出部３１は、第１導電路９１を流れる電流を検出する電流検出回路であり、例えば第１導電路９１に設けられたシャント抵抗と、シャント抵抗の両端電圧を増幅して出力する差動増幅器とによって構成されている。電流検出部３２は、第２導電路９２を流れる電流を検出する電流検出回路であり、例えば第２導電路９２に設けられたシャント抵抗と、シャント抵抗の両端電圧を増幅して出力する差動増幅器とによって構成されている。制御部１２は、電流検出部３１から入力された値（電流検出部３１の検出値）に基づいて第１導電路９１を流れる電流の値を特定し、電流検出部３２から入力された値（電流検出部３２の検出値）に基づいて第２導電路９２を流れる電流の値を特定する。

制御部１２は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、電圧検出部２０及び電流検出部３０から入力される電圧値及び電流値と、目標電圧値とに基づいて公知の方法でフィードバック制御を行い、電圧変換部６に与えるＰＷＭ信号のデューティを設定する。そして、設定されたデューティのＰＷＭ信号を駆動部８に出力する。目標電圧値は、制御部１２で設定される値であってもよく、外部ＥＣＵなどの外部装置から指示される値であってもよい。

駆動部８は、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４をオンオフさせる制御信号を出力する回路である。この駆動部８は、制御部１２で設定されたデューティのＰＷＭ信号を電圧変換部６に出力する機能を有する。

降圧モードでは、制御部１２及び駆動部８の動作により、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力するように同期整流制御を行う。具体的には、スイッチング素子Ｔ１へのオン信号（例えばＨレベル信号）の出力中は、スイッチング素子Ｔ２へオフ信号（例えばＬレベル信号）が出力され、スイッチング素子Ｔ２へのオン信号（例えばＨレベル信号）の出力中は、スイッチング素子Ｔ１へオフ信号（例えばＬレベル信号）が出力されるように同期整流制御が行われる。この制御により、第１導電路９１に印加された直流電圧（入力電圧）を降圧する動作がなされ、第２導電路９２には、第１導電路９１に印加された入力電圧よりも低い出力電圧が印加される。第２導電路９２に印加される出力電圧は、スイッチング素子Ｔ１のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティに応じて定まる。なお、降圧モードでは、スイッチング素子Ｔ３のゲートにはオン信号が継続的に入力され、スイッチング素子Ｔ３はオン状態で維持される。また、スイッチング素子Ｔ４のゲートにはオフ信号が継続的に入力され、スイッチング素子Ｔ４はオフ状態で維持される。

降圧モードでは、制御部１２により公知方式のフィードバック制御がなされる。具体的には、制御部１２の一部をなす演算部４９が、電圧検出部２２（降圧モードでの出力電圧検出部）によって検出された出力電圧に基づいて第２導電路９２（降圧モードでの出力側導電路）の電圧を目標電圧値に近づけるようにＰＷＭ信号（制御信号）のデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返す。周期的に実行されるフィードバック演算では、出力電圧値と目標電圧値との偏差に基づいてＰＩＤ演算やＰＩ演算などの公知のフィードバック演算処理を行い、出力電圧値を目標電圧値に近づけるための新たなデューティを決定する。制御部１２は、降圧モード中にＰＷＭ信号（制御信号）を継続的に出力し、演算部４９がフィードバック演算を行う度に、ＰＷＭ信号（制御信号）のデューティをフィードバック演算で新たに得られたデューティに変化させる。駆動部８は、制御部１２から与えられるＰＷＭ信号を取得し、そのＰＷＭ信号と同周期及び同デューティのＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ１のゲートに出力する。駆動部８からスイッチング素子Ｔ１のゲートに出力されるＰＷＭ信号は、オン信号（Ｈレベル信号）の電圧がスイッチング素子Ｔ１をオン動作させ得る適切なレベルに調整される。そして、駆動部８は、スイッチング素子Ｔ１のゲートに出力するＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ２のゲートに出力し、同期整流制御を行う。

なお、降圧モードでは、第１導電路９１が入力側導電路の一例に相当し、第２導電路９２が出力側導電路の一例に相当する。

昇圧モードでは、制御部１２及び駆動部８の動作により、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力するように同期整流制御を行う。具体的には、スイッチング素子Ｔ２へのオン信号（例えばＨレベル信号）の出力中は、スイッチング素子Ｔ１へオフ信号（例えばＬレベル信号）が出力され、スイッチング素子Ｔ１へのオン信号（例えばＨレベル信号）の出力中は、スイッチング素子Ｔ２へオフ信号（例えばＬレベル信号）が出力されるように同期整流制御が行われる。この制御により、第２導電路９２に印加された直流電圧（入力電圧）を昇圧する動作がなされ、第１導電路９１には、第２導電路９２に印加された入力電圧よりも高い出力電圧が印加される。第１導電路９１に印加される出力電圧は、スイッチング素子Ｔ２のゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティに応じて定まる。なお、昇圧モードでは、スイッチング素子Ｔ３のゲートにはオン信号が継続的に入力され、スイッチング素子Ｔ３はオン状態で維持される。また、スイッチング素子Ｔ４のゲートにはオフ信号が継続的に入力され、スイッチング素子Ｔ４はオフ状態で維持される。

昇圧モードでは、制御部１２により公知方式のフィードバック制御がなされる。具体的には、制御部１２の一部をなす演算部４９が、電圧検出部２１（昇圧モードでの出力電圧検出部）によって検出された出力電圧に基づいて第１導電路９１（昇圧モードでの出力側導電路）の電圧を目標電圧値に近づけるようにＰＷＭ信号（制御信号）のデューティを算出するフィードバック演算を周期的に繰り返す。フィードバック演算は、降圧モードと同様に行うことができる。制御部１２は、昇圧モード中にＰＷＭ信号（制御信号）を継続的に出力し、演算部４５がフィードバック演算を行う度に、ＰＷＭ信号（制御信号）のデューティをフィードバック演算で新たに得られたデューティに変化させる。駆動部８は、制御部１２から与えられるＰＷＭ信号を取得し、そのＰＷＭ信号と同周期及び同デューティのＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ２のゲートに出力する。駆動部８からスイッチング素子Ｔ２のゲートに出力されるＰＷＭ信号は、オン信号（Ｈレベル信号）の電圧がスイッチング素子Ｔ２をオン動作させ得る適切なレベルに調整される。そして、駆動部８は、スイッチング素子Ｔ２のゲートに出力するＰＷＭ信号と相補的なＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｔ１のゲートに出力し、同期整流制御を行う。

なお、昇圧モードでは、第２導電路９２が入力側導電路の一例に相当し、第１導電路９１が出力側導電路の一例に相当する。

図２のように、制御部１２は、主として、マイクロコンピュータ４０、デューティ決定部４１、ゲイン設定部４２などを備える。

マイクロコンピュータ（マイコン）４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を備える。マイクロコンピュータ４０には、フィードバック演算に用いるゲインの値、出力電圧値Ｖoutの大きさ判定に用いる閾値（第１上限閾値、第１下限閾値、第２上限閾値、第２下限閾値）、デューティ加算値の算出プログラム等が記憶されている。

デューティ決定部４１は、電圧変換部６からの出力を設定された目標値とするようにフィードバック演算を行い、ＰＷＭ信号のデューティを決定する回路である。例えば、降圧モードのときには、第２導電路９２の電流値Ｉout及び電圧値Ｖoutと、出力電流の目標値Ｉta（目標電流値）及び出力電圧の目標値Ｖta（目標電圧値）とに基づき、公知のＰＩ制御方式によるフィードバック演算によって制御量（デューティ）を決定する。そして、決定したデューティのＰＷＭ信号を、電圧変換部６に対して出力する。

ゲイン設定部４２は、判定部としての機能を有するとともに、電圧検出部２０で検出された電圧値に基づいてフィードバック演算で使用する使用ゲインを設定するように機能する。具体的には、ゲイン設定部４２は、電圧検出部２０で検出された出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが所定閾値（第１閾値）未満である場合に使用ゲインを第１ゲインに設定し、電圧検出部２０で検出された出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが所定閾値（第１閾値）以上である場合に使用ゲインを第１ゲインよりも大きい第２ゲインに設定する。「出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶ」は、目標電圧値Ｖtaから出力電圧値Ｖoutを差し引いた値（Ｖta−Ｖout）の絶対値である。

更に、本構成では、ゲイン設定部４２と加算部４８とが加算値の生成・加算を行い得る。具体的には、ゲイン設定部４２は、電圧検出部２０で検出された出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが所定閾値（第１閾値）よりも大きい第２閾値以上である場合に、加算値を算出する所定の加算処理を行う。この場合、加算部４８は、演算部４９によって算出された算出デューティに対してゲイン設定部４２で算出された加算値を加算した値を使用デューティとし、この使用デューティのＰＷＭ信号を出力する。一方で、加算部４８は、電圧検出部２０で検出された出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値未満である場合、加算値を加算せず、演算部４９によって算出された算出デューティを使用デューティとし、この使用デューティのＰＷＭ信号を出力する。

図３等を参照し、制御部１２によるフィードバック制御について説明する。
図３のフィードバック制御は、デューティ決定部４１によって実行される制御であり、短い時間間隔で周期的に繰り返される処理である。デューティ決定部４１は、所定の動作開始条件の成立に伴い、図３の流れで制御を行う。動作開始条件は、例えばイグニッション信号のオフからオンへの切り替わり等であり、これ以外の動作開始条件であってもよい。なお、以下で説明するフィードバック制御は、電圧変換部６を降圧モードで動作させる場合でも、昇圧モードで動作させる場合でも、同様に適用できる。

まず、電流検出部３０から出力される出力電流値Ｉout、及び電圧検出部２０から出力される出力電圧値Ｖoutを取得する（Ｓ１）。例えば、図３の処理を図２で示すハードウェア回路で実現する場合、偏差算出回路４３が出力電流値Ｉoutを取得し、偏差算出回路４４が出力電圧値Ｖoutを取得する。更に、偏差算出回路４３は、マイクロコンピュータ４０で設定される電流目標値Ｉtaを取得し、偏差算出回路４４は目標電圧値Ｖtaを取得する（Ｓ２）。

なお、マイクロコンピュータ４０は、例えば、定常出力状態のときに電流目標値Ｉtaを所定の固定電流値に設定し、ＤＣＤＣコンバータ１の動作開始直後に行われるソフトスタート中は電流目標値Ｉtaを、０から上記固定電流値となるまで時間経過に応じて徐々に上昇させるようになっている。同様に、定常出力状態のときに目標電圧値Ｖtaを所定の固定電圧値に設定し、ソフトスタート中は目標電圧値Ｖtaを、０から上記固定電圧値となるまで時間経過に応じて徐々に上昇させるようになっている。

ステップＳ２の後には、ゲイン設定部４２（判定部）は、Ｓ１で取得された出力電圧値Ｖoutを用いた判定処理を行う（Ｓ３）。この判定処理は、図４のような流れで行う。ゲイン設定部４２は、ステップＳ３の判定処理の開始に伴い、まず、マイクロコンピュータ４０から閾値を取得する（Ｓ２１）。ステップＳ２１で取得する閾値は、第１閾値及び第２閾値である。第１閾値は、目標電圧値と第１上限閾値との差であり、目標電圧値と第１下限閾値との差でもある。この第１閾値によって第１上限閾値及び第１下限閾値が特定される。図５に示すように、第１上限閾値は目標電圧値Ｖtaよりも第１閾値（第１の所定値）だけ大きい値であり、第１下限閾値は目標電圧値Ｖtaよりも第１閾値（第１の所定値）だけ小さい値である。第２閾値は、目標電圧値と第２上限閾値との差であり、目標電圧値と第２下限閾値との差でもある。この第２閾値によって第２上限閾値及び第２下限閾値が特定される。第２上限閾値は目標電圧値Ｖtaよりも第２閾値（第２の所定値）だけ大きい値であり、第２下限閾値は目標電圧値Ｖtaよりも第２閾値（第２の所定値）だけ小さい値である。第２閾値（第２の所定値）は第１閾値（第１の所定値）よりも大きい値である。

ステップＳ２１の後、ゲイン設定部４２は、出力電圧値Ｖoutを取得する（Ｓ２２）。ステップＳ２２では、ステップＳ１で取得及び記憶保持した出力電圧値Ｖoutを読み出す。ステップＳ２２の後、ゲイン設定部４２は、ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutが目標電圧値Ｖtaに対して第１閾値の範囲内か否か、即ち、その出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第１閾値（所定閾値）未満であるか否か判定する（Ｓ２３）。ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutが第１上限閾値未満であり且つ第１下限閾値よりも大きい場合、ゲイン設定部４２は、出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第１閾値（所定閾値）未満であると判定し、この場合、使用ゲインを第１ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力する（Ｓ２３でＹ、Ｓ２４）。例えば、図５で示す出力電圧波形における時間ｔ２からｔ３までの期間、又は時間ｔ４より後の期間では、出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaの差ΔＶが第１閾値未満であるため、ゲイン設定部４２は、使用ゲインを第１ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力することになる。ステップＳ２４の後、ゲイン設定部４２は、デューティ加算値の加算指示信号を出力することなく（Ｓ２５）、図４の制御を終了する。

ゲイン設定部４２は、ステップＳ２３において出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第１閾値（所定閾値）以上であると判定した場合（即ち、ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutが第１上限閾値以上又は第１下限閾値以下である場合）、出力電圧値Ｖoutが目標電圧値Ｖtaに対して第２閾値の範囲内か否か、即ち、ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ２３でＮ、Ｓ２６）。ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutが第２上限閾値未満であり且つ第２下限閾値よりも大きい場合、ゲイン設定部４２は、出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値未満であると判定し、この場合、使用ゲインを第２ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力する（Ｓ２６でＹ、Ｓ２７）。例えば、図５で示す出力電圧波形における時間ｔ１からｔ２までの期間、又は時間ｔ３からｔ４までの期間では、出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaの差ΔＶが第１閾値以上かつ第２閾値未満であるため、使用ゲインを第２ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力する。続いて、ゲイン設定部４２は、デューティ加算値の加算指示信号を出力することなく（Ｓ２８）、図４の制御を終了する。

ゲイン設定部４２は、ステップＳ２６において出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値の範囲内でないと判定した場合、即ち、ステップＳ２２で取得した出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値以上であると判定した場合、使用ゲインを第２ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力する（Ｓ２６でＮ、Ｓ２９）。例えば、図５で示す出力電圧波形では、ＤＣＤＣコンバータ１の駆動開始後から時間ｔ１に至るまでの期間において出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの差ΔＶが第２閾値以上であるため、ゲイン設定部４２は、時間ｔ１よりも前の期間では、使用ゲインを第２ゲインに変更するようにゲインの変更指示信号を出力する。ステップＳ２９の後、ゲイン設定部４２は、デューティ加算値の加算指示信号を出力する（Ｓ３０）。

ゲイン設定部４２は、ステップＳ３０の処理を行う場合、ステップＳ２２で取得した入力電圧値Ｖin（即ち、ステップＳ１で検出された入力電圧値Ｖin）と目標電圧値Ｖtaと、加算割合α（０よりも大きく１未満の定数）とに基づき、加算値を算出する。具体的には、目標電圧値Ｖtaと入力電圧値Ｖinとに基づいて所定のデューティ算出式で算出されるデューティ計算値Ｄに対して加算割合αを乗じた値を加算値Ｘａ（Ｘａ＝α×Ｄ）として算出する。例えば、降圧モードにおいて電流連続モードでは、Ｘａ＝α×Ｖta／Ｖinで得られる値Ｘａを加算値として算出する。また、降圧モードにおいて電流不連続モードでは、Ｘａ＝α×（ａ／（Ｖin−ｂ）＋ｃ）／Ｖta）で得られる値Ｘａを加算値として算出する。なお、ａ、ｂ、ｃは所定の係数（定数）である。Ｓ３０の処理後、図４の制御を終了する。

図４のような判定処理の後、図３で示すステップＳ４において、第２演算部４６は、ゲイン設定部４２からゲインの変更指示信号が出力されているか否かを判定する。ゲイン設定部４２からゲインの変更指示信号が出力されていない場合（Ｓ４でＮの場合）には、第２演算部４６は、第１ゲインを選択し（Ｓ５）、ゲイン設定部４２からゲインの変更指示信号が出力されている場合（ステップＳ４でＹの場合）には、第２ゲインを選択する（Ｓ６）。第１ゲインは、第１の比例ゲインと第１の積分ゲインとを含み、ステップＳ５で第１ゲインを選択した場合、比例ゲインとして第１の比例ゲインを用い、積分ゲインとして第１の積分ゲインを用いる。また、第２ゲインは、第２の比例ゲインと第２の積分ゲインとを含み、ステップＳ６で第２ゲインを選択した場合、比例ゲインとして第２の比例ゲインを用い、積分ゲインとして第２の積分ゲインを用いる。なお、第２の比例ゲインは、第１の比例ゲインよりも大きい値であり、例えば、第１の比例ゲインの２倍の値を用いることができる。第２の積分ゲインは、第１の積分ゲインよりも大きい値であり、例えば、第１の積分ゲインの２倍の値を用いることができる。なお、第１の比例ゲイン、第２の比例ゲイン、第１の積分ゲイン、第２の積分ゲイン、のそれぞれの値は、例えば図示しない記憶部に予め記憶しておくことができる。第２演算部４６は、ステップＳ５で第１ゲインを選択した場合、ステップＳ７では、第１の比例ゲイン及び第１の積分ゲインを使用ゲインとして設定し、ステップＳ６で第２ゲインを選択した場合、ステップＳ７では、第２の比例ゲイン及び第２の積分ゲインを使用ゲインとして設定する。

ステップＳ７の後、第１演算部４５は、電流制御演算を行い（Ｓ８）、第２演算部４６は、電圧制御演算を行う（Ｓ９）。Ｓ８の処理では、第１演算部４５は、偏差算出回路４３から出力される出力電流値Ｉoutと電流目標値Ｉtaとの偏差を取得し、その偏差と、予め設定された比例ゲイン、積分ゲインとに基づき、公知のＰＩ演算式により出力電流を電流目標値Ｉtaに近づけるための操作量（デューティの増減量）を決定する。Ｓ９の処理では、第２演算部４６は、偏差算出回路４４から出力される出力電圧値Ｖoutと目標電圧値Ｖtaとの偏差を取得し、その偏差と、Ｓ７で設定された比例ゲイン、積分ゲインに基づき、公知のＰＩ演算式により出力電圧を目標電圧値Ｖtaに近づけるための操作量（デューティの増減量）を決定する。

ステップＳ９の後、調停部４７（調停回路）は、電流・電圧制御の調停を行う（Ｓ１０）。この処理では、調停部４７が、電流制御又は電圧制御のいずれを優先させるかを決定する。具体的には、第１演算部４５で決定した操作量と、第２演算部４６で決定した操作量のいずれを優先させるかを決定する。いずれを優先させるかの決定方法は様々に考えられ、例えば、演算部４５，４６で決定した各操作量のうち、小さい操作量を優先させる方法が考えられる。なお、調停方法はこの方法に限定されず、公知の他の方法を用いてもよい。調停部４７（調停回路）は、このようにして演算部４５，４６のいずれの操作量を優先させるかを決定した後、現在の制御量（変更前のデューティ）に対し、優先させる操作量（デューティの増減量）を加え、新たなデューティを算出する。ステップＳ１０の後、加算部４８は、ステップＳ１０で算出されたデューティに対して、デューティ加算値の加算処理を行う。具体的には、ステップＳ３０の処理によりゲイン設定部４２から加算指示信号が出力されている場合、加算部４８は、ステップＳ３０で決定した加算値（デューティ加算値）をゲイン設定部４２から取得し、取得した加算値をステップＳ１０で算出されたデューティ（算出デューティ）に加算する。この場合、加算部４８は、ステップＳ１０で算出されたデューティ（算出デューティ）にゲイン設定部４２から与えられた加算値を加算したデューティを使用デューティとして設定する（Ｓ１２）。一方、ゲイン設定部４２から加算指示信号が出力されていない場合、加算部４８は加算値の加算処理を行わず、この場合、ステップＳ１０で算出されたデューティ（算出デューティ）を使用デューティとして設定する（Ｓ１２）。

制御部１２は、ステップＳ１２で設定された使用デューティをデューティとするＰＷＭ信号を駆動部８に出力するようになっており、加算部４８によって使用デューティが更新される毎に、駆動部８に対して出力するＰＷＭ信号のデューティを更新後の使用デューティに切り替え、駆動部８は、制御部１２から与えられるＰＷＭ信号と同デューティのＰＷＭ信号を上述の方式で出力する。

次に、本構成の効果を例示する。
上述の車載用のＤＣＤＣコンバータ１は、電圧検出部２０で検出された出力電圧値に基づいて使用ゲインを設定することができるため、電圧変換部６が実際に電圧変換を行っているときの出力電圧値に合わせたゲインでフィードバック演算を行うことができる。

ゲイン設定部４２は、電圧検出部２０で検出された出力電圧値と目標電圧値との差が所定閾値（第１閾値）未満である場合に第１ゲインを使用ゲインとして設定し、電圧検出部２０で検出された出力電圧値と目標電圧値との差が所定閾値（第１閾値）以上である場合に第１ゲインよりも大きい第２ゲインを使用ゲインとして設定するようになっている。この構成では、電圧変換部６が実際に電圧変換を行っているとき、出力電圧値と目標電圧値との差が一定程度以上に大きい場合には、相対的に大きい第２ゲインを用いてフィードバック演算を行うことで、出力電圧値と目標電圧値との差を減少させる速度を大きくすることができ、出力電圧値をより迅速に目標電圧値に近づけることができる。一方で、出力電圧値と目標電圧値との差が一定程度未満に小さい場合には、相対的に小さい第１ゲインを用いてフィードバック演算を行うことで、オーバーシュートやアンダーシュートを抑えながら出力電圧値を目標電圧値に近づけることができる。

デューティ決定部４１は、演算部４９がフィードバック演算を行う場合において、電圧検出部２０で検出された出力電圧値と目標電圧値との差が所定閾値（第１閾値）よりも大きい第２閾値以上である場合、第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された算出デューティに対し所定の加算処理で得られた加算値を加算して使用デューティを決定し、電圧検出部２０で検出された出力電圧値と目標電圧値との差が所定閾値（第１閾値）以上且つ第２閾値未満である場合、第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された算出デューティを使用デューティとして決定するようになっている。この構成では、出力電圧値と目標電圧値との差がより大きい場合（第２閾値以上である場合）、相対的に大きい第２ゲインを用いてフィードバック演算を行う動作と、デューティに加算値（所定の加算処理で得られた値）を加算してデューティを増大させる動作とを併用することができる。つまり、出力電圧値と目標電圧値との差がより大きい場合には、出力電圧値と目標電圧値との差を減少させる速度を一層大きくすることができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わせてもよい。

実施例１では、デューティ決定部４１は、ＰＩ制御方式によるフィードバック演算によって制御量（デューティ比）を決定したが、ＰＩＤ制御方式によるフィードバック演算を行ってもよい。この場合、第２演算部４６では、例えば、第１ゲインとして第１比例ゲイン、第１積分ゲイン、第１微分ゲインを用い、第２ゲインとして、第１比例ゲインよりも大きい（例えば２倍大きい）第２比例ゲイン、第１積分ゲインよりも大きい（例えば２倍大きい）第２積分ゲイン、第１微分ゲインよりも大きい（例えば２倍大きい）第２微分ゲインを用いるようにすればよい。

実施例１では、ステップＳ３０で用いる加算値（デューティ加算値）が、所定の演算式に基づいて算出されたが、図示しない記憶部に予め記憶された固定値をであってもよい。

実施例１では、ＤＣＤＣコンバータの一例として双方向型の昇降圧ＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、降圧ＤＣＤＣコンバータであってもよく、昇圧ＤＣＤＣコンバータであってもよく、昇降圧ＤＣＤＣコンバータであってもよい。また、実施例１のように入力側と出力側とを変更し得る双方向型のＤＣＤＣコンバータであってもよく、入力側と出力側が固定化された一方向型のＤＣＤＣコンバータであってもよい。

実施例１では、単相型のＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、多相型のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。

実施例１では、同期整流式のＤＣＤＣコンバータを例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、一部のスイッチング素子をダイオードに置き換えたダイオード方式のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。

実施例１では、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング素子として、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を例示したが、実施例１又は実施例１を変更したいずれの例においても、スイッチング素子は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよいし、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。

実施例１では、制御部１２がマイクロコンピュータとその他のハードウェア回路によって構成されていたが、制御部１２全体がマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。

実施例１では、ステップＳ３０において所定の演算式に基づいて加算値を算出したが、実施例１とは異なる演算式を用いてステップＳ３０の処理を行うようにしてもよい。例えば、目標電圧値Ｖtaと出力電圧値Ｖoutとを用い、Ｘａ＝（Ｖta−Ｖout）×ｅで得られる値Ｘａを加算値として決定してもよい。なお、ｅは、所定の係数（定数）である。このようにすれば、目標電圧値Ｖtaと出力電圧値Ｖoutとのかい離に応じて加算値を決定することができる。

１…車載用のＤＣＤＣコンバータ
６…電圧変換部
８…駆動部
２０，２１，２２…電圧検出部
４１…デューティ決定部
４２…ゲイン設定部
４９…演算部
９１…第１導電路（入力側導電路、出力側導電路）
９２…第２導電路（入力側導電路、出力側導電路）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…スイッチング素子

Claims (1)

1. 第１導電路及び第２導電路に電気的に接続されるとともに前記第１導電路及び前記第２導電路のいずれか一方を入力側導電路とし、他方を出力側導電路とし、前記入力側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記出力側導電路に出力する車載用のＤＣＤＣコンバータであって、
   ＰＷＭ信号が与えられることに応じてオンオフ動作するスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記入力側導電路に印加された電圧を昇圧又は降圧して前記出力側導電路に出力する電圧変換部と、
   前記出力側導電路の電圧値を検出する電圧検出部と、
   フィードバック演算で使用する使用ゲインを設定するゲイン設定部と、
   少なくとも前記電圧検出部で検出された電圧値と前記ゲイン設定部で設定された前記使用ゲインとに基づいて前記出力側導電路の電圧値を目標電圧値に近づけるようにＰＷＭ信号のデューティを算出するフィードバック演算を繰り返し行う演算部を備え、前記演算部がフィードバック演算を行う毎に、フィードバック演算で算出された算出デューティに基づいて使用デューティを決定するデューティ決定部と、
   前記デューティ決定部で決定した前記使用デューティに応じたＰＷＭ信号を前記スイッチング素子に向けて出力する駆動部と、
   を有し、
   前記ゲイン設定部は、前記電圧検出部で検出された電圧値に基づいて前記使用ゲインを設定し、
   前記ゲイン設定部は、前記電圧検出部で検出された電圧値と前記目標電圧値との差が所定閾値未満である場合に第１ゲインを前記使用ゲインとして設定し、前記電圧検出部で検出された電圧値と前記目標電圧値との差が前記所定閾値以上である場合に前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを前記使用ゲインとして設定し、
   前記デューティ決定部は、
   前記演算部がフィードバック演算を行う場合において、
   前記電圧検出部で検出された電圧値と前記目標電圧値との差が前記所定閾値よりも大きい第２閾値以上である場合、前記第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された前記算出デューティに対し所定の加算処理で得られた加算値を加算して前記使用デューティを決定し、
   前記電圧検出部で検出された電圧値と前記目標電圧値との差が前記所定閾値以上であって且つ前記第２閾値未満である場合、前記第２ゲインに基づくフィードバック演算で算出された前記算出デューティを前記使用デューティとして決定する車載用のＤＣＤＣコンバータ。

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