專利名稱：Dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC-DC轉(zhuǎn)換器，尤其涉及提高了效率的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
^EV (Electric Vehicle、電動汽車)、HEV (Hybrid Electric Vehicle、混合動力車)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、插電式混合動力車)等電動車輛中，通常設(shè)有高壓電池和低壓電池這2種電池。高壓電池主要用作例如用于驅(qū)動電動車輛的車輪使其行駛的主動力電動機、A/ C(空調(diào)器)的壓縮機電動機等高電壓的負載(以下稱作高壓負載)用的電源。另一方面，低壓電池主要用作例如各種ECU(Electronic Control Unit、電子控制單元)、EPS(電動助力轉(zhuǎn)向裝置)、電動制動器、車載音響設(shè)備、雨刮器、電動車窗用的電動機、照明燈等低電壓的負載(以下稱作低壓負載)用的電源。另外，低壓電池的充電例如是通過DC-DC轉(zhuǎn)換器對高壓電池的電壓進行降壓并提供來進行的。但是，以往在DC-DC轉(zhuǎn)換器等的開關(guān)電源中，設(shè)法削減電力損失，進行高效化。例如，提出了與輸出電力對應(yīng)地切換頻率來減少開關(guān)損耗的開關(guān)電源裝置(例如，參照專利文獻1)。并且，提出了如下的DC-DC轉(zhuǎn)換器通過在輕負載時降低開關(guān)晶體管的脈寬調(diào)制控制中的頻率，減少在產(chǎn)生內(nèi)部時鐘時所需的消耗電流中的、對開關(guān)晶體管的柵極電容進行充電或放電所需的電流量(例如，參照專利文獻2)。并且，提出了如下的技術(shù)根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流，改變DC-DC轉(zhuǎn)換器的振蕩頻率，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率高的電源電路(例如，參照專利文獻3)。此外，提出了如下的技術(shù)通過在負載設(shè)備的負載高的狀態(tài)時改變開關(guān)頻率，從而實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)電化、并且實現(xiàn)高效率且高性能的穩(wěn)定化電源裝置(例如，參照專利文獻4)。并且，提出了如下的技術(shù)在輸出電流處于增加過程時，利用切換電流值Il將頻率從低開關(guān)頻率切換為高開關(guān)頻率，在輸出電流處于減少過程時，利用比切換電流值Ii低的切換電流值12將頻率從高開關(guān)頻率切換為低開關(guān)頻率，由此實現(xiàn)開關(guān)電源裝置的高效化(例如，參照專利文獻5)。此外，雖然不以高效化為目的，但是以往為了消除噪聲問題，還提出了兼用作電動汽車的電動機驅(qū)動用的逆變器和電池充電用的轉(zhuǎn)換器的電力轉(zhuǎn)換控制裝置，其中，在電動機驅(qū)動時，電流較大，因此在可能的范圍內(nèi)減少開關(guān)的次數(shù)，減小開關(guān)元件中的損失，在電池充電時，電流較小且損失較小，因此將載波頻率設(shè)為超音頻區(qū)域的頻率(例如，參照專利文獻6)。一般而言，DC-DC轉(zhuǎn)換器在低負載時，S卩，在DC-DC轉(zhuǎn)換器的負載的消耗電力較低時效率下降。這是因為例如，相對于DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電力，其控制所需的電力比例變高，或者在DC-DC轉(zhuǎn)換器中使用的諧振電源在低電流時不能進行ZVSaero VoltageSwitching:零電壓開關(guān))。另一方面，在與家庭用的插座(用英語表示是outlet)連接來對電動車輛進行充電(所謂的插入式充電)時，在電動車輛停止的狀態(tài)下，DC-DC轉(zhuǎn)換器動作以對低壓電池進行充電。此時，與電動車輛的動作時相比DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電力非常小，因此效率降低。而且，插入式充電花費較長時間(例如8個小時)，因此DC-DC轉(zhuǎn)換器的電力損失總計變大。專利文獻1日本特開2004-222429號公報專利文獻2日本特開2000-201473號公報專利文獻3日本特開平10-323027號公報專利文獻4日本特開2004-3^834號公報專利文獻5日本特開2007-68349號公報專利文獻6日本特開平7-336812號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠提高DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。本發(fā)明的第1方面的DC-DC轉(zhuǎn)換器具有電力轉(zhuǎn)換單元，其具有開關(guān)元件，通過驅(qū)動所述開關(guān)元件，對第1電池的電壓進行降壓，并將該降壓電壓提供給第2電池和負載；負載量檢測單元，其檢測所述電力轉(zhuǎn)換單元的負載量；充電檢測單元，其檢測所述第1電池是否在充電中；開關(guān)頻率設(shè)定單元，其在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，根據(jù)所述負載量設(shè)定所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率，在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為預(yù)定值；以及開關(guān)控制單元，其進行控制以利用在所述開關(guān)頻率設(shè)定單元中設(shè)定的開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。在本發(fā)明的第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器中，將第1電池的電壓降壓而提供給第2電池和負載，檢測電力轉(zhuǎn)換單元的負載量，并檢測所述第1電池是否在充電中，在檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，根據(jù)所述負載量設(shè)定所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率，在檢測到所述第1 電池在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為預(yù)先設(shè)定的值，以所設(shè)定的所述開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。因此，能夠改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。該電力轉(zhuǎn)換單元例如由諧振電源構(gòu)成的開關(guān)電源構(gòu)成。該負載量檢測單元、充電檢測單元、頻率設(shè)定單元、開關(guān)控制單元例如由CPU、MPU等運算裝置構(gòu)成。在該開關(guān)頻率設(shè)定單元中，在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，能夠進行如下設(shè)定所述負載量越小，則將所述開關(guān)頻率設(shè)定得越低。由此，能夠進一步改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。該DC-DC轉(zhuǎn)換器還設(shè)有檢測所述開關(guān)元件的周邊溫度的溫度檢測單元，在該開關(guān)頻率設(shè)定單元中，在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，能夠根據(jù)所述負載量和所述開關(guān)元件的周邊溫度設(shè)定所述開關(guān)頻率。由此，能夠抑制開關(guān)元件的溫度上升，進一步改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。該溫度檢測單元例如由溫度傳感器構(gòu)成。 在該負載量檢測單元中，取得所述負載量的預(yù)測值，在該開關(guān)頻率設(shè)定單元中，在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，能夠根據(jù)所述負載量或所述負載量的預(yù)測值，設(shè)定所述開關(guān)頻率。由此，能夠迅速追隨負載量的變動，將開關(guān)頻率控制為適當?shù)闹?，其結(jié)果，能夠進一步改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。本發(fā)明的第2方面的DC-DC轉(zhuǎn)換器具有電力轉(zhuǎn)換單元，其具有開關(guān)元件，通過驅(qū)動所述開關(guān)元件，對第1電池的電壓進行降壓，并將該降壓電壓提供給第2電池和負載；充電檢測單元，其檢測所述第1電池是否在充電中；開關(guān)頻率設(shè)定單元，其在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為與檢測到所述第1電池在充電中的情況相比更高的值；以及開關(guān)控制單元，其進行控制以利用在所述開關(guān)頻率設(shè)定單元中設(shè)定的開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。在本發(fā)明的第2方面的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，對第1電池的電壓進行降壓而提供給第 2電池和負載，并檢測所述第1電池是否在充電中，在檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為與檢測到所述第1電池在充電中的情況相比更高的值，以所設(shè)定的所述開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。因此，能夠改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。該電力轉(zhuǎn)換單元例如由諧振電源構(gòu)成的開關(guān)電源構(gòu)成。該充電檢測單元、頻率設(shè)定單元、開關(guān)控制單元例如由CPU、MPU等運算裝置構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第1方面或第2方面，能夠改善DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。


圖1是示出搭載有應(yīng)用了本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電動車輛的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。圖2是示出應(yīng)用了本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖3是用于說明開關(guān)損失的曲線圖。圖4是示出DC-DC轉(zhuǎn)換器的電力轉(zhuǎn)換部的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖5是示出控制部的功能結(jié)構(gòu)例的框圖。圖6是用于說明頻率控制處理的第1實施方式的流程圖。圖7是用于說明頻率變更處理的詳細情況的流程圖。圖8是用于說明頻率控制處理的第2實施方式的流程圖。圖9是用于說明頻率控制處理的第3實施方式的流程圖。標號說明101 電動車輛；112 =BMU ；113 高壓電池；116 :DC_DC轉(zhuǎn)換器；117 低壓電池; 118 低壓負載；131 電力轉(zhuǎn)換部；133 電流傳感器；134 輸入電流I/F ；135 溫度傳感器； 136 輸出電壓I/F ；137 控制部；138 驅(qū)動電路；152 開關(guān)電路；153 變壓器；154U54b 二極管；155 線圈；156 電容器；171 :ECU ；181 電流傳感器；182 輸出電流I/F ；201a至 201d 開關(guān)元件；20 至202d 電容器；203 線圈；251 通信部；252 充電檢測部；253 負載量檢測部；2M 溫度檢測部；255 開關(guān)頻率設(shè)定部；256 輸出控制部。
具體實施例方式以下，說明用于實施本發(fā)明的方式(以下稱作實施方式)。并且按照下面的順序進行說明。1.第1實施方式2.變形例<1.實施方式〉[電動車輛101的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例]圖1是示出搭載有應(yīng)用了本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電動車輛的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。電動車輛101是以高壓電池113為動力源的電動車輛。能夠通過快速充電和通常充電這兩種充電方法進行高壓電池113的充電。消耗大電流的快速充電是如下的充電方法將電動車輛101的高壓電池113連接到專用的快速充電裝置(未圖示)，在短時間內(nèi)進行充電。另一方面，與快速充電相比消耗較小電流的通常充電是如下的充電方法經(jīng)由專用的充電電纜，將車輛1的車載充電器111連接到一般家庭或辦公室等的標準插座(英語是 outlet)，車載充電器111使用從處于所連接的插座前級的電源提供的電力，進行高壓電池 113的充電。BMU 112與車載充電器111以及快速充電裝置進行基于CAN(Controller Area Network 控制器局域網(wǎng))的通信，進行高壓電池113的通常充電和快速充電的控制。此外， BMU 112與逆變器114以及DC-DC轉(zhuǎn)換器116進行基于CAN的通信，取得表示逆變器114和 DC-DC轉(zhuǎn)換器116的動作狀況等的信息，并且提供表示高壓電池113的狀態(tài)的信息。高壓電池113的電力通過逆變器114從直流被轉(zhuǎn)換為交流，并被提供給驅(qū)動電動車輛101行駛的電動機115。此外，高壓電池113的電力通過DC-DC轉(zhuǎn)換器116被降低至預(yù)定的電壓，并被提供給低壓電池117和低壓負載118。并且，除了電動機115和DC-DC轉(zhuǎn)換器116以外，例如還將高壓電池113的電力提供給未圖示的空調(diào)器的壓縮機電動機等以高壓工作的高壓負載。低壓電池117利用從DC-DC轉(zhuǎn)換器116提供的電力被充電，并且將電力提供給低壓負載118。低壓負載118例如包含例如各種ECU、EPS、電動制動器、車載音響設(shè)備、汽車導航裝置、雨刮器、電動車窗用的電動機、照明燈等在低電壓下進行工作的負載。此外，低壓負載 118的一部分(例如E⑶等)進行基于CAN的通信，與DC-DC轉(zhuǎn)換器116等進行各種信號和信息的收發(fā)。圖2是示出DC-DC變換器116的結(jié)構(gòu)例的電路圖。DC-DC轉(zhuǎn)換器116構(gòu)成為包含電力轉(zhuǎn)換部131、電源132、電流傳感器133、輸入電流I/F 134、溫度傳感器135、輸出電壓I/F 136、控制部137和驅(qū)動電路138。此外，電力轉(zhuǎn)換部131構(gòu)成為包含濾波電路151、開關(guān)電路152、變壓器153、二極管15 、巧4b、線圈155 和電容器156。此外，DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸入端子Pin與高壓電池113的正極連接，輸入端子Nin 與高壓電池113的負極連接。DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸出端子Pout與低壓電池117的正極連接，輸出端子GND與低壓電池117的負極連接且接地。并且，在圖2中圖示了包含在圖1的低壓負載118中的E⑶171。E⑶171構(gòu)成為包含電流傳感器181和輸出電流I/F 182。
電力轉(zhuǎn)換部131的開關(guān)電路152例如由采用了 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect ^Transistor :金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)等的開關(guān)元件的全橋方式、半橋方式等的逆變器構(gòu)成。并且，從高壓電池113提供的電力通過開關(guān)電路 152進行交流轉(zhuǎn)換。濾波電路151發(fā)揮如下作用去除由開關(guān)電路152的開關(guān)控制而生成的高頻噪聲，以使該噪聲不從DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸入側(cè)泄漏到外部。并且，濾波電路151 還具有去除來自圖1所示的電動機115的驅(qū)動噪聲的作用。通過開關(guān)電路152進行了交流轉(zhuǎn)換的電力通過變壓器153進行電壓轉(zhuǎn)換，并且通過由變壓器153和二極管lMa、154b構(gòu)成的整流電流直流被轉(zhuǎn)換為預(yù)定的電壓(例如 14V)。并且，通過由線圈155和電容器156構(gòu)成的LC濾波器去除高頻分量，并輸出進行了電壓轉(zhuǎn)換的直流電力。電源132將從高壓電池113提供的電力的電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定電壓(例如12V)，并作為工作用的電源提供給控制部137。電流傳感器133對輸入開關(guān)電路152前的電流、即DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸入電流 Iin進行檢測，并將表示檢測結(jié)果的信號提供給輸入電流I/F 134。輸入電流I/F 134例如將表示輸入電流Iin的檢測結(jié)果的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并提供給控制部137。溫度傳感器135例如設(shè)置在開關(guān)電路152內(nèi)的開關(guān)元件的周邊，進行周圍溫度的檢測。溫度傳感器135將表示所檢測的溫度的信號提供給控制部137。輸出電壓I/F 136例如生成表示DC-DC轉(zhuǎn)換器116(電力轉(zhuǎn)換部131)的輸出電壓 Vout的數(shù)字信號，并提供給控制部137。E⑶171的電流傳感器181例如對DC-DC轉(zhuǎn)換器116(電力轉(zhuǎn)換部131)的輸出電流Iout進行檢測，并將表示檢測結(jié)果的信號提供給輸出電流I/F 182。輸出電流I/F 182例如將表示輸出電流Iout的檢測結(jié)果的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并提供給控制部137?？刂撇?37根據(jù)輸入電流Iin、輸出電壓Vout和輸出電流lout，設(shè)定開關(guān)電路152 的開關(guān)頻率和電力轉(zhuǎn)換部131的輸出電壓Vout的指令值，并將所設(shè)定的指令值通知給驅(qū)動電路138。并且，控制部137與BMU 112、E⑶171等外部裝置進行經(jīng)由CAN的通信，進行各種信號和信息的收發(fā)。并且，從用于進行電動車輛的電源接通/斷開的點火開關(guān)或起動開關(guān)向控制部137輸入指示電源起動或停止的點火信號。驅(qū)動電路138將通過控制部137指示的開關(guān)頻率的驅(qū)動信號提供給開關(guān)電路152， 并且進行開關(guān)電路152的PWM控制(例如占空比的控制等)，并控制開關(guān)電路152的輸出電壓，以使電力轉(zhuǎn)換部131的輸出電壓Vout變?yōu)閬碜钥刂撇?37的指令值。但是，在開關(guān)電路152為硬開關(guān)方式的情況下，開關(guān)元件的接通時和斷開時的損失(以下稱作開關(guān)損失)成為使DC-DC轉(zhuǎn)換器116的轉(zhuǎn)換效率降低的較大原因之一。圖3是開關(guān)電路152為硬開關(guān)方式的情況下的開關(guān)元件的接通時和斷開時的漏極-源極間電壓Vds和漏極電流Id的波形例子的曲線圖。如該圖所示，在硬開關(guān)方式的開關(guān)電路152中，在開關(guān)元件接通的期間1 和斷開的期間1 內(nèi)，電壓VdsX電流Id不為零， 因此產(chǎn)生開關(guān)損失。越增高開關(guān)電路152的開關(guān)頻率，該開關(guān)損失越增大。而另一方面，越增高開關(guān)頻率，越能夠使開關(guān)電路152小型化。作為改善這種開關(guān)損失的方法，公知有能夠進行ZVS的諧振電源。因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器116的電力轉(zhuǎn)換部131例如由圖4所示的諧振電源構(gòu)成。在圖4的電力轉(zhuǎn)換部131中，濾波電路151由電容器構(gòu)成。此外，開關(guān)電路152由開關(guān)元件201a至201d、電容器20 至202d以及由線圈203構(gòu)成的單相全橋方式的逆變器構(gòu)成。更具體而言，開關(guān)元件201a的漏極與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸入端子Pin、開關(guān)元件201c的漏極連接。開關(guān)元件201a的源極與開關(guān)元件201b的漏極以及線圈203的一端連接。開關(guān)元件201b的源極與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸入端子Nin以及開關(guān)元件201d的源極連接。開關(guān)元件201c的源極與開關(guān)元件201d的漏極以及變壓器153的輸入端子連接。 線圈203的一端、即和連接開關(guān)元件201a的源極的一端不同的一端與變壓器153的輸入端子、即和連接開關(guān)元件201d的漏極的輸入端子不同的輸入端子連接。此外，電容器20 至 202d分別連接在開關(guān)元件201a至201d的漏極-源極之間。此外，在開關(guān)電路152中，通過使電容器20 至202d和線圈203諧振，并將開關(guān)元件201a至201d的接通或斷開瞬間的漏極-源極之間的電壓設(shè)為零，即通過進行ZVSJf 開關(guān)損失設(shè)為零。但是，開關(guān)電路152在低負載時不能進行ZVS。因此，在低負載時，開關(guān)損失相對于 DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸出電力的比例變大，從而效率下降。因此，如參照圖6至圖9等后述那樣，在DC-DC轉(zhuǎn)換器116中，實施提高低負載時的效率的對策。[控制部137的結(jié)構(gòu)例]圖5是示出控制部137的功能結(jié)構(gòu)例的框圖?？刂撇?37構(gòu)成為包含通信部251、 充電檢測部252、負載量檢測部253、溫度檢測部254、開關(guān)頻率設(shè)定部255以及輸出控制部 256。通信部251與BMU 112、E⑶171以及低壓負載118中包含的其他E⑶等進行基于 CAN的通信，進行各種信號和信息的收發(fā)。此外，通信部251根據(jù)需要將所取得的信號或信息提供給充電檢測部252、負載量檢測部253和開關(guān)頻率設(shè)定部255。充電檢測部252根據(jù)經(jīng)由通信部251從BMU 112提供的信息，檢測高壓電池113 是否正在充電中，并將檢測結(jié)果通知給負載量檢測部253、溫度檢測部邪4和開關(guān)頻率設(shè)定部 255。負載量檢測部253根據(jù)從ECU 171的輸出電流I/F 136提供的信號，檢測表示電力轉(zhuǎn)換部131的負載量的輸出電流lout，并將檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255和輸出控制部256。此外，負載量檢測部253經(jīng)由通信部251，從未圖示的E⑶等取得低壓負載118 的負載量的預(yù)測值(以下稱作負載預(yù)測值)，并將所取得的負載預(yù)測值通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。并且，負載量檢測部253經(jīng)由通信部251控制E⑶171的電源的接通/斷開。溫度檢測部2M根據(jù)從溫度傳感器135提供的信號，檢測開關(guān)元件201a至201d 周邊的溫度，并將檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。開關(guān)頻率設(shè)定部255根據(jù)輸出電流lout、開關(guān)元件201a至201d周邊的溫度以及負載預(yù)測值，設(shè)定開關(guān)電路152的開關(guān)頻率。開關(guān)頻率設(shè)定部255將所設(shè)定的開關(guān)頻率通知給輸出控制部256。
輸出控制部256根據(jù)從輸入電流I/F 134提供的信號檢測輸入電流Iin，根據(jù)從輸出電壓I/F 136提供的信號檢測輸出電壓Vout。輸出控制部256根據(jù)輸入電流Iin、輸出電壓Vout和輸出電流lout，設(shè)定電力轉(zhuǎn)換部131的輸出電壓Vout的指令值，并將所設(shè)定的指令值通知給驅(qū)動電路138。此外，輸出控制部256將通過開關(guān)頻率設(shè)定部255設(shè)定的開關(guān)頻率作為指令值通知給驅(qū)動電路138。[頻率控制處理的第1實施方式]接著，參照圖6的流程圖，對通過DC-DC轉(zhuǎn)換器116執(zhí)行的頻率控制處理進行說明。另外，該處理例如與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的起動一起開始，與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的停止一
起結(jié)束。在步驟Sl中，充電檢測部252根據(jù)經(jīng)由通信部251從BMU 112提供的信息，判定高壓電池113是否正在充電中。在判定為高壓電池113不在充電中的情況下，處理進行到步驟S2。此時，充電檢測部252將高壓電池113不在充電中的情況通知給負載量檢測部253、 溫度檢測部2M和開關(guān)頻率設(shè)定部255。在步驟S2中，負載量檢測部253接通電流傳感器181的電源。具體而言，負載量檢測部253經(jīng)由通信部251將起動信號提供給E⑶171。由此，接通E⑶171的電源，接通安裝于ECU 171的電流傳感器181和輸出電流I/F 182的電源。接著，電流傳感器181開始DC-DC轉(zhuǎn)換器116的輸出電流Iout的檢測。另外，在E⑶171的電源已接通的情況下，省略該步驟S2的處理。在步驟S3中，負載量檢測部253檢測輸出電流lout。即，負載量檢測部253根據(jù)從ECU 171的輸出電流I/F 136提供的信號，檢測表示電力轉(zhuǎn)換部131的負載量的輸出電流lout。負載量檢測部253將輸出電流Iout的檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255和輸出控制部256。在步驟S4中，開關(guān)頻率設(shè)定部255根據(jù)輸出電流Iout設(shè)定開關(guān)頻率。例如，開關(guān)頻率設(shè)定部255根據(jù)輸出電流lout，從預(yù)定的多個等級的頻率中選擇一個頻率，將其設(shè)定為用于驅(qū)動開關(guān)電路152的開關(guān)頻率。另外，此時，輸出電流Iout越大、即低壓負載118的負載量越大，選擇越高的開關(guān)頻率，輸出電流Iout越小、即低壓負載118的負載量越小，則選擇越低的開關(guān)頻率。例如，能夠使用80kHz作為低開關(guān)頻率，使用IOOkHz作為中間開關(guān)頻率，使用120kHz作為高開關(guān)頻率。開關(guān)頻率設(shè)定部255將所選擇的開關(guān)頻率通知給輸出控制部256。之后，處理進行到步驟S7。另一方面，在步驟Sl中，在判定為高壓電池113在充電中的情況下，處理進行到步驟S5。此時，充電檢測部252將高壓電池113在充電中的情況通知給負載量檢測部253、溫度檢測部2M和開關(guān)頻率設(shè)定部255。在步驟S5中，負載量檢測部253斷開電流傳感器181的電源。具體而言，負載量檢測部253經(jīng)由通信部251將停止信號提供給E⑶171。由此，斷開E⑶171的電源，斷開搭載于ECU 171的電流傳感器181和輸出電流I/F 182的電源。在步驟S6中，開關(guān)頻率設(shè)定部255設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率。即，開關(guān)頻率設(shè)定部255將預(yù)先設(shè)定的充電時的開關(guān)頻率設(shè)定為用于驅(qū)動開關(guān)電路152的開關(guān)頻率。另外， 將該充電時的開關(guān)頻率設(shè)定為例如在高壓電池113不在充電中時所設(shè)定的開關(guān)頻率的最小值以下的頻率(例如80kHz)。開關(guān)頻率設(shè)定部255將所設(shè)定的開關(guān)頻率通知給輸出控制部 256。之后，處理進行到步驟S7。另外，在E⑶171的電源已經(jīng)斷開、且設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率的情況下，省略該步驟S5和S6的處理。在步驟S7中，輸出控制部256執(zhí)行頻率變更處理。此處，參照圖7的流程圖說明頻率變更處理的詳細情況。在步驟S21中，輸出控制部256檢測驅(qū)動電路138當前驅(qū)動開關(guān)電路152的開關(guān)頻率。在步驟S22中，輸出控制部256判定當前的開關(guān)頻率、與在上述圖6的步驟S4或步驟S6的處理中設(shè)定的開關(guān)頻率是否相等。在判定為當前的開關(guān)頻率與所設(shè)定的開關(guān)頻率不同的情況下，處理進入步驟S23。在步驟S23中，開關(guān)電路152停止開關(guān)。具體而言，輸出控制部256向驅(qū)動電路 138指示開關(guān)的停止，從而驅(qū)動電路138停止向開關(guān)電路152提供驅(qū)動信號。由此，開關(guān)電路152停止開關(guān)。在步驟S24中，驅(qū)動電路138切換開關(guān)頻率。具體而言，輸出控制部256將通過開關(guān)頻率設(shè)定部255新設(shè)定的開關(guān)頻率作為指令值通知給驅(qū)動電路138。驅(qū)動電路138將在開關(guān)電路152的驅(qū)動信號的生成中使用的載波信號的頻率(載波頻率)變更為與所指示的開關(guān)頻率對應(yīng)的值。在步驟S25中，開關(guān)電路152重新進行開關(guān)。具體而言，驅(qū)動電路138重新開始向開關(guān)電路152提供驅(qū)動信號。由此，開關(guān)電路152用新設(shè)定的開關(guān)頻率重新進行開關(guān)。由此，在開關(guān)頻率的切換時通過使開關(guān)電路152的動作停止預(yù)定時間(例如10 μ 秒)，能夠防止開關(guān)頻率的切換時可能產(chǎn)生的輸出電壓的過電壓。在步驟幻6中，輸出控制部256判定從切換開關(guān)頻率起是否經(jīng)過了預(yù)定的時間。在判定為從切換開關(guān)頻率起經(jīng)過了預(yù)定時間之前重復(fù)該處理，在判定為從切換開關(guān)頻率起經(jīng)過了預(yù)定時間的情況下，頻率變更處理結(jié)束。由此，在切換開關(guān)頻率后，禁止在預(yù)定時間內(nèi)再次切換，因此防止開關(guān)頻率由于充電信號的震顫(chattering)等而振動。返回圖6，在步驟S7的頻率變更處理結(jié)束后，處理返回步驟Si，重復(fù)執(zhí)行步驟Sl 以后的處理。如上所述，通過分為高壓電池113在充電中和不在充電中時，控制開關(guān)電路152的開關(guān)頻率，能夠改善DC-DC轉(zhuǎn)換器116的效率。具體而言，在高壓電池113不在充電中時，例如在電動車輛的行駛中，低壓負載 118所包含的負載中的被使用的負載增加，DC-DC轉(zhuǎn)換器116的負載變大，并且負載的變動也變大。與此相對，在高壓電池113在充電中時，低壓負載118所包含的負載中的被使用的負載限于一部分電氣部件等，DC-DC轉(zhuǎn)換器116的負載變小，并且負載的變動也變小。另一方面，如上所述，開關(guān)電路152中的開關(guān)損失在低負載時增大。因此，能夠通過將高壓電池 113的充電中的開關(guān)頻率設(shè)定得較低，削減開關(guān)損失，并且改善DC-DC轉(zhuǎn)換器116的效率。此外，高壓電池113的充電中和不在充電中時的開關(guān)頻率的控制能夠僅根據(jù)來自BMU 112的信息實現(xiàn)，能夠利用簡易的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。并且，如上所述，在不對高壓電池113進行充電時，DC-DC轉(zhuǎn)換器116的負載量(輸出電流lout)越小，將開關(guān)頻率設(shè)定得越低，由此能夠進一步改善DC-DC轉(zhuǎn)換器116的效率。并且，如上所述，在高壓電池113的充電時，斷開不使用的E⑶171的電源，由此能夠削減消耗電力。[頻率控制處理的第2實施方式]接著，參照圖8的流程圖，對通過DC-DC轉(zhuǎn)換器116執(zhí)行的頻率控制處理的第2實施方式進行說明。另外，該處理例如與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的起動一起開始，與DC-DC轉(zhuǎn)換器 116的停止一起結(jié)束。在步驟S51中，與圖6的步驟Sl的處理同樣，判定高壓電池113是否在充電中，在判定為高壓電池113不在充電中的情況下，處理進行到步驟S52。在步驟S52中，與圖6的步驟S2的處理同樣，接通電流傳感器181的電源。在步驟S53中，控制部137取得輸出電流lout、與溫度相關(guān)的信息。具體而言，與圖6的步驟S3的處理同樣，負載量檢測部253檢測輸出電流lout，并將檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255和輸出控制部256。此外，溫度檢測部2M根據(jù)從溫度傳感器135提供的信號，檢測開關(guān)元件201a至201d周邊的溫度，并將檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。在步驟S54中，與圖6的步驟S4的處理同樣，根據(jù)輸出電流Iout設(shè)定開關(guān)頻率。在步驟S55中，開關(guān)頻率設(shè)定部255判定開關(guān)頻率的設(shè)定值是否在當前溫度處的上限值以下。具體而言，相對于由溫度傳感器135檢測的溫度預(yù)先設(shè)定開關(guān)頻率的上限值。 并且，開關(guān)頻率設(shè)定部255將在步驟SM的處理中設(shè)定的開關(guān)頻率、與在步驟S53的處理中檢測到的溫度處的開關(guān)頻率的上限值進行比較，在判定為開關(guān)頻率的設(shè)定值大于上限值的情況下，處理進入步驟S56。在步驟S56中，開關(guān)頻率設(shè)定部255將開關(guān)頻率設(shè)定為當前溫度處的上限值。之后，處理進入步驟S59。另一方面，在步驟S55中，在判定為開關(guān)頻率的設(shè)定值在當前溫度處的上限值以下的情況下，跳過步驟S56的處理，處理進入步驟S59，而不變更開關(guān)頻率的設(shè)定值。此外，在步驟S51中，在判定為高壓電池113在充電中的情況下，處理進入步驟 S57。在步驟S57中，與圖6的步驟S5的處理同樣，斷開電流傳感器181的電源，在步驟S58中，與圖6的步驟S6的處理同樣，設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率。之后，處理進行到步驟 S59。在步驟S59中，執(zhí)行以上已參照圖7敘述的頻率變更處理，之后，處理返回步驟 S51，執(zhí)行步驟S51以后的處理。 如上所述，在開關(guān)元件201a至201d周邊的溫度較高的情況下，將開關(guān)頻率設(shè)定得較低。由此，能夠抑制開關(guān)元件201a至201d的溫度上升，減輕由溫度上升引起的電力損失。[頻率控制處理的第3實施方式]接著，參照圖9的流程圖，對通過DC-DC轉(zhuǎn)換器116執(zhí)行的頻率控制處理的第3實施方式進行說明。另外，該處理例如與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的起動一起開始，與DC-DC轉(zhuǎn)換器116的停止一起結(jié)束。在步驟SlOl中，與圖6的步驟Sl的處理同樣，判定高壓電池113是否在充電中， 在判定為高壓電池113不在充電中的情況下，處理進入步驟S102。在步驟S102中，與圖6的步驟S2的處理同樣，接通電流傳感器181的電源。在步驟S103中，控制部137取得輸出電流lout、溫度以及與負載預(yù)測值有關(guān)的信息。具體而言，與圖6的步驟S2的處理同樣，負載量檢測部253檢測輸出電流lout，并將檢測結(jié)果通知給輸出控制部256。此外，溫度檢測部2M根據(jù)從溫度傳感器135提供的信號， 檢測開關(guān)元件201a至201d周邊的溫度，并將檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。并且， 負載量檢測部253經(jīng)由通信部251從未圖示的ECU等取得低壓負載118的負載預(yù)測值。在步驟S104中，負載量檢測部253判定預(yù)測負載變化量是否小于預(yù)定的閾值。具體而言，負載量檢測部253根據(jù)當前的輸出電流Iout和低壓負載118的負載預(yù)測值，計算負載量的變化量的預(yù)測值即預(yù)測負載變化量。并且，在負載量檢測部253判定為計算出的負載預(yù)測變化量小于預(yù)定的閾值的情況下，處理進入步驟S105。此時，負載量檢測部253將輸出電流Iout的檢測結(jié)果通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。在步驟S105中，與圖6的步驟S4的處理同樣，根據(jù)輸出電流Iout設(shè)定開關(guān)頻率。 之后，處理進入步驟S107。另一方面，在步驟S104中，判定為預(yù)測負載變化量在預(yù)定閾值以上的情況下，處理進行到步驟S106。此時，負載量檢測部253將低壓負載118的負載預(yù)測值通知給開關(guān)頻率設(shè)定部255。在步驟S106中，開關(guān)頻率設(shè)定部255不根據(jù)輸出電流lout，而根據(jù)低壓負載118 的負載預(yù)測值，與圖6的步驟S4的處理同樣地，設(shè)定開關(guān)頻率。之后，處理進入步驟S107。在步驟S107中，與圖8的步驟S55的處理同樣，判定開關(guān)頻率的設(shè)定值是否在當前溫度處的上限值以下，在判定為開關(guān)頻率的設(shè)定值大于上限值的情況下，處理進入步驟
5108。在步驟S108中，與圖8的步驟S56的處理同樣，將開關(guān)頻率設(shè)定為當前溫度處的上限值。之后，處理進入步驟sill。另一方面，在步驟S107中，在判定為開關(guān)頻率的設(shè)定值在當前溫度處的上限值以下的情況下，跳過步驟S108的處理，處理進入步驟Slll。此外，在步驟SlOl中，在判定為高壓電池113在充電中的情況下，處理進入步驟
5109。在步驟S109中，與圖6的步驟S5的處理同樣，斷開電流傳感器181的電源，在步驟SllO中，與圖6的步驟S6的處理同樣，設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率。之后，處理進入步驟 S111。在步驟Slll中，執(zhí)行以上已參照圖7敘述的頻率變更處理，之后，處理返回步驟 S101，執(zhí)行步驟SlOl以后的處理。由此，能夠迅速追隨低壓負載118的負載量的變動，將開關(guān)頻率控制為適當?shù)闹担?其結(jié)果，能夠進一步改善DC-DC轉(zhuǎn)換器116的效率。<2.變形例 >另外，考慮在高壓電池113的充電中，使用者也在車內(nèi)使用空調(diào)器或車載音響設(shè)備等電氣部件的情況。因此，例如，也可以是在高壓電池113的充電中，在根據(jù)電動車輛的上鎖狀態(tài)等，判定為車內(nèi)沒有人的情況下，設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率，在除此以外的情況下，進行通常的開關(guān)頻率的控制，并且設(shè)定為比充電時的開關(guān)頻率更高的頻率?；蛘撸?， 也可以是在高壓電池113的充電中，在根據(jù)點火信號等，判定為車內(nèi)使用者沒有使用電氣部件的情況下，設(shè)定為充電時的開關(guān)頻率，在除此以外的情況下，進行通常的開關(guān)頻率的控制，并且設(shè)定為比充電中的開關(guān)頻率更高的頻率。此外，也可以用軟件或硬件的任意一種進行開關(guān)頻率的切換。在通過硬件進行的情況下，例如通過控制裝入方向舵上的開關(guān)的接通/斷開，并對頻率設(shè)定用電阻值進行切換來實現(xiàn)。并且，在以上的說明中，示出了在高壓電池113不在充電中的情況下，根據(jù)輸出電流Iout變更開關(guān)頻率的例子，但是還可以以固定未充電時的開關(guān)頻率的方式，僅根據(jù)是否存在高壓電池113的充電，控制開關(guān)頻率。此外，還可以不使用電流傳感器133和電流傳感器181，而使用分流電阻或電流互感器(current transformer)。關(guān)于上述一系列處理，既可以通過硬件執(zhí)行，也可以通過軟件執(zhí)行。通過軟件執(zhí)行一系列處理的情況下，將構(gòu)成該軟件的程序安裝到計算機中。此處，計算機包括控制部137 等組裝在專用硬件中的計算機、和通過安裝各種程序而能夠執(zhí)行各種功能的例如通用個人計算機等。另外，計算機所執(zhí)行的程序既可以是按照本說明書所述的順序以時間序列執(zhí)行處理的程序，也可以是并行或者在進行了調(diào)用時等必要的時機進行處理的程序。此外，本發(fā)明的實施方式不限于上述實施方式，可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有電力轉(zhuǎn)換單元，其具有開關(guān)元件，通過驅(qū)動所述開關(guān)元件，對第1電池的電壓進行降壓，并將該降壓電壓提供給第2電池和負載；負載量檢測單元，其檢測所述電力轉(zhuǎn)換單元的負載量；充電檢測單元，其檢測所述第1電池是否在充電中；開關(guān)頻率設(shè)定單元，其在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，根據(jù)所述負載量設(shè)定所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率，在所述充電檢測單元檢測到所述第1 電池在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為預(yù)定值；以及開關(guān)控制單元，其進行控制以按照在所述開關(guān)頻率設(shè)定單元中設(shè)定的開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開關(guān)頻率設(shè)定單元在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，進行如下設(shè)定所述負載量越小，則將所述開關(guān)頻率設(shè)定得越低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該DC-DC轉(zhuǎn)換器還具有檢測所述開關(guān)元件的周邊溫度的溫度檢測單元，所述開關(guān)頻率設(shè)定單元在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，根據(jù)所述負載量和所述開關(guān)元件的周邊溫度設(shè)定所述開關(guān)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述負載量檢測單元取得所述負載量的預(yù)測值，所述開關(guān)頻率設(shè)定單元在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，根據(jù)所述負載量或所述負載量的預(yù)測值，設(shè)定所述開關(guān)頻率。
5.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有電力轉(zhuǎn)換單元，其具有開關(guān)元件，通過驅(qū)動所述開關(guān)元件，對第1電池的電壓進行降壓，并將該降壓電壓提供給第2電池和負載；充電檢測單元，其檢測所述第1電池是否在充電中；開關(guān)頻率設(shè)定單元，其在所述充電檢測單元檢測到所述第1電池不在充電中的情況下，將所述開關(guān)元件的開關(guān)頻率設(shè)定為與檢測到所述第1電池在充電中的情況相比更高的值；以及開關(guān)控制單元，其進行控制以按照在所述開關(guān)頻率設(shè)定單元中設(shè)定的開關(guān)頻率驅(qū)動所述開關(guān)元件。
全文摘要
一種DC-DC轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的課題在于提高DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率。作為解決手段，在步驟S1中，判定為高壓電池不在充電中的情況下，在步驟S4中，根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流Iout，設(shè)定DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電路的開關(guān)頻率。另一方面，在步驟S1中，在判定為高壓電池在充電中的情況下，在步驟S6中，設(shè)定為預(yù)先設(shè)定的充電時的開關(guān)頻率。在步驟S7中，將開關(guān)電路的開關(guān)頻率變更為在步驟S4或S6中設(shè)定的值。本發(fā)明能夠應(yīng)用于例如電動車輛用的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
文檔編號H02M3/00GK102403891SQ20111026341
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者井戶勇作, 大元靖理, 蜂谷孝治 申請人:歐姆龍汽車電子株式會社