本發(fā)明涉及斬波器電路控制裝置。

背景技術(shù)：

搭載于電氣鐵道車輛(以下稱為電車)的輔助電源裝置是將直流電壓轉(zhuǎn)換成所希望的直流電壓或交流電壓的裝置，具有對(duì)直流電壓進(jìn)行控制的降壓斬波器。一般，利用輸出電壓傳感器來對(duì)降壓斬波器的輸出電壓進(jìn)行測定，利用輸出電壓傳感器的測定值來對(duì)降壓斬波器的輸出電壓成為過大電壓或過小電壓的情況進(jìn)行檢測。在輸出電壓傳感器發(fā)生異常的情況下，降壓斬波器的占空比會(huì)增大，降壓斬波器的輸出電壓會(huì)成為過大電壓。若降壓斬波器的輸出電壓成為過大電壓或過小電壓，則有可能會(huì)對(duì)與輔助電源裝置相連接的負(fù)載設(shè)備的動(dòng)作造成影響。

專利文獻(xiàn)1所公開的電壓轉(zhuǎn)換裝置在操作占空比的控制單元所使用的操作值為規(guī)定上限值以上或規(guī)定下限值以下的情況下，判定為電壓轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生異常。另外，在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種包括該電壓轉(zhuǎn)換裝置且在檢測出電壓轉(zhuǎn)換裝置異常的情況下使半導(dǎo)體元件的控制停止的電動(dòng)車。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2004－364416號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

專利文獻(xiàn)1所公開的電動(dòng)車在判定為電壓轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生異常的情況下，將半導(dǎo)體元件的開關(guān)斷開來禁止再生動(dòng)作。如專利文獻(xiàn)1那樣，在電壓轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生異常的情況下，若停止半導(dǎo)體元件的控制，則會(huì)停止向與電壓轉(zhuǎn)換裝置相連接的負(fù)載裝置供電。但是，由于搭載于電車的輔助電源裝置是向空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等進(jìn)行供電，因此，希望輔助電源裝置能盡可能持續(xù)進(jìn)行供電。即，在輔助電源裝置中，除了要抑制輔助電源裝置的輸出電壓成為過大電壓或過小電壓，還要避免向與輔助電源裝置相連接的負(fù)載設(shè)備的供電停止。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于將斬波器電路的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，以維持?jǐn)夭ㄆ麟娐返尿?qū)動(dòng)。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的斬波器電路控制裝置是對(duì)斬波器電路的占空比進(jìn)行控制的斬波器電路控制裝置，包括范圍計(jì)算部和控制部。范圍計(jì)算部根據(jù)斬波器電路的輸入電壓、及斬波器電路的輸出電壓的指令值即輸出電壓指令值，來對(duì)占空比的控制所使用的操作值的范圍即操作值范圍進(jìn)行計(jì)算?？刂撇吭诟鶕?jù)斬波器電路的輸出電壓與輸出電壓指令值之間的偏差而計(jì)算出的操作值在操作值范圍的上限值以上的情況下，利用操作值范圍的上限值來對(duì)占空比進(jìn)行控制，在操作值在操作值范圍內(nèi)的情況下，利用該操作值來對(duì)占空比進(jìn)行控制，在操作值在操作值范圍的下限值以下的情況下，利用操作值范圍的下限值來對(duì)占空比進(jìn)行控制。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，在斬波器電路的占空比控制所使用的操作值超過規(guī)定范圍的情況下，利用規(guī)定范圍的上限值或下限值來對(duì)占空比進(jìn)行控制，從而能一邊將斬波器電路的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，一邊維持?jǐn)夭ㄆ麟娐返尿?qū)動(dòng)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖2是表示實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置所進(jìn)行的斬波器控制的動(dòng)作的一個(gè)示例的流程圖。

圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖4是表示實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置所進(jìn)行的斬波器控制的動(dòng)作的一個(gè)示例的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，圖中對(duì)相同或等同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)。

(實(shí)施方式1)

圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。斬波器電路控制裝置1對(duì)斬波器電路4所具備的開關(guān)元件41進(jìn)行控制，使得斬波器電路4的輸出電壓接近輸出電壓的指令值即輸出電壓指令值。斬波器電路控制裝置1將基于操作值的選通信號(hào)輸出至開關(guān)元件41，對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行控制。操作值是對(duì)開關(guān)元件41的導(dǎo)通占空比的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的值。斬波器電路控制裝置1在操作值超出規(guī)定范圍的情況下，利用規(guī)定范圍的上限值或下限值來對(duì)占空比進(jìn)行控制。

圖1的斬波器電路4是由開關(guān)元件41、二極管42以及電感器43所構(gòu)成的降壓斬波器電路。斬波器電路4的結(jié)構(gòu)并不局限于圖1的示例。斬波器電路4包括開關(guān)元件41，是將直流電壓或交流電壓轉(zhuǎn)換為所希望的直流電壓或交流電壓的任意的電路。例如，也可以使用升壓斬波器電路來作為斬波器電路4。

在圖1的示例中，開關(guān)元件41是n型mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor：場效應(yīng)晶體管)，但開關(guān)元件41并不局限于mosfet，而是進(jìn)行開關(guān)的任意的半導(dǎo)體元件。開關(guān)元件41分別與斬波器電路4的一對(duì)輸入端子中高電位的端子、二極管42的陰極以及電感器43的一端相連接。二極管42的陽極與斬波器電路4的一對(duì)輸入端子中低電位的端子、以及斬波器電路4的一對(duì)輸出端子中低電位的端子相連接。電感器43的另一端與斬波器電路4的一對(duì)輸出端子中高電位的端子相連接。

電壓傳感器2檢測與斬波器電路4的輸入端子相連接的電容器3的電壓作為斬波器電路4的輸入電壓。電壓傳感器6檢測與斬波器電路4的輸出端子相連接的電容器5的電壓作為斬波器電路4的輸出電壓。

斬波器電路控制裝置1包括：將由電壓傳感器2所檢測出的斬波器電路4的輸入電壓進(jìn)行a-d(模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換的a-d轉(zhuǎn)換器11；以及將由電壓傳感器6所檢測出的斬波器電路4的輸出電壓進(jìn)行a-d轉(zhuǎn)換的a-d轉(zhuǎn)換器13。進(jìn)一步將輸出電壓指令值輸入至斬波器電路控制裝置1。將用a-d轉(zhuǎn)換器11進(jìn)行a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓輸入至斬波器電路控制裝置1的范圍計(jì)算部12。范圍計(jì)算部12根據(jù)輸入電壓和輸出電壓指令值來對(duì)斬波器電路4的操作值的范圍即操作值范圍進(jìn)行計(jì)算。將用a-d轉(zhuǎn)換器13進(jìn)行a-d轉(zhuǎn)換后的輸出電壓輸入至斬波器電路控制裝置1的電壓指令控制部14。電壓指令控制部14對(duì)輸出電壓與輸出電壓指令值之間的偏差進(jìn)行計(jì)算。將輸出電壓與輸出電壓指令值之間的偏差輸入至斬波器電路控制裝置1的電壓控制部15。電壓控制部15根據(jù)輸出電壓與輸出電壓指令值之間的偏差來計(jì)算斬波器電路4的操作值。斬波器電路控制裝置1的比較部16對(duì)范圍計(jì)算部12所計(jì)算出的操作值范圍與電壓控制部15所計(jì)算出的操作值進(jìn)行比較，在操作值超出操作值范圍的情況下，將操作值范圍的上限值或下限值輸出至斬波器電路控制裝置1的比較器17，在操作值在操作值范圍內(nèi)的情況下，將該操作值輸出至斬波器電路控制裝置1的比較器17。比較器17對(duì)比較器16的輸出與基準(zhǔn)的三角波進(jìn)行比較運(yùn)算，以生成選通信號(hào)。利用比較器17所輸出的選通信號(hào)來對(duì)開關(guān)元件41的通斷進(jìn)行控制，以對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行控制。

范圍計(jì)算部12根據(jù)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓和輸出電壓指令值來計(jì)算操作值范圍。輸出電壓指令值是斬波器電路4的輸出電壓的指令值，是根據(jù)與斬波器電路4的輸出端子相連接的負(fù)載設(shè)備來決定的值。斬波器電路控制裝置1可以從外部接收輸出電壓指令值，斬波器電路控制裝置1也可以預(yù)先保持有輸出電壓指令值。在實(shí)施方式1中，范圍計(jì)算部12將輸出電壓指令值除以a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓，將由此得到的值乘以第1比例常數(shù)后所得到的值設(shè)為操作值范圍的上限值，并將輸出電壓指令值除以a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓，將由此得到的值乘以值比第1比例常數(shù)要小的第2比例常數(shù)后所得到的值設(shè)為操作值范圍的下限值。第1比例常數(shù)和第2比例常數(shù)是根據(jù)斬波器電路4的特性來決定的值，例如基于仿真的結(jié)果來決定。

電壓指令控制部14對(duì)輸出電壓指令值與a-d轉(zhuǎn)換后的輸出電壓之間的偏差即電壓偏差進(jìn)行計(jì)算，并將其發(fā)送至電壓控制部15。電壓控制部15對(duì)電壓偏差進(jìn)行例如pi(proportional-integral：比例積分)控制的運(yùn)算，算出操作值，并將其發(fā)送至比較部16。

比較部16在所輸入的操作值在操作值范圍的上限值以上的情況下，將操作值范圍的上限值作為操作值來進(jìn)行輸出。比較部16在所輸入的操作值在操作值范圍內(nèi)的情況下，即，在所輸入的操作值小于操作值范圍的上限值且大于操作值范圍的下限值的情況下，輸出所輸入的操作值。比較部16在所輸入的操作值在操作值范圍的下限值以下的情況下，將操作值范圍的下限值作為操作值來進(jìn)行輸出。

比較器17對(duì)比較部16所輸出的操作值與基準(zhǔn)的三角波進(jìn)行比較運(yùn)算，從而對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行計(jì)算，對(duì)開關(guān)元件41輸出選通信號(hào)。

實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置1在操作值處于操作值范圍內(nèi)的通常情況下，利用根據(jù)斬波器電路4的輸出電壓和輸出電壓指令值所計(jì)算出的操作值，來對(duì)斬波器電路4進(jìn)行控制。另一方面，在操作值不處于操作值范圍內(nèi)的情況下，斬波器電路控制裝置1基于操作值范圍的上限值或下限值來對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行計(jì)算，以對(duì)斬波器電路4進(jìn)行控制。因此，例如在電壓傳感器6發(fā)生異常的情況下，或者在開關(guān)元件41發(fā)生異常的情況下，能一邊抑制斬波器電路4的輸出電壓成為過大電壓或過小電壓，一邊維持?jǐn)夭ㄆ麟娐?的驅(qū)動(dòng)。

圖2是表示實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置所進(jìn)行的斬波器控制的動(dòng)作的一個(gè)示例的流程圖。電壓指令控制部14對(duì)輸出電壓指令值與a-d轉(zhuǎn)換后的輸出電壓之間的偏差即電壓偏差進(jìn)行計(jì)算(步驟s10)。電壓控制部15對(duì)電壓偏差進(jìn)行例如pi控制的運(yùn)算，算出操作值(步驟s20)。范圍計(jì)算部12基于輸出電壓指令值除以a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓而得到的值，來計(jì)算操作值范圍(步驟s30)。

比較部16在所輸入的操作值在操作值范圍內(nèi)的情況下(步驟s40：是)，輸出所輸入的操作值，比較器17利用該操作值來計(jì)算斬波器電路4的占空比(步驟s50)。比較部16在操作值不在操作值范圍內(nèi)的情況下(步驟s40：否)，將操作值范圍的上限值或下限值作為操作值來進(jìn)行輸出，比較器17利用操作值范圍的上限值或下限值來計(jì)算斬波器電路4的占空比(步驟s60)。

比較器17基于占空比來對(duì)開關(guān)元件41輸出選通信號(hào)，以對(duì)斬波器電路4進(jìn)行控制(步驟s70)。斬波器電路控制裝置1按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)序反復(fù)進(jìn)行上述處理，以對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行控制。此外，步驟s30的處理也可以與步驟s10、s20的處理并列進(jìn)行。另外，也可以在步驟s10、s20的處理之前進(jìn)行步驟s30的處理。

如以上說明的那樣，根據(jù)實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置1，能一邊將斬波器電路4的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，一邊維持?jǐn)夭ㄆ麟娐?的驅(qū)動(dòng)。由于斬波器電路4的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，因此，能抑制斬波器電路4的輸出電壓成為過大電壓或過小電壓，能避免斬波器電路4的輸出電壓的變動(dòng)對(duì)與斬波器電路4的輸出端子相連接的負(fù)載設(shè)備造成影響。

(實(shí)施方式2)

圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置1在斬波器電路4的輸入電壓不在規(guī)定范圍即電壓范圍內(nèi)的情況下，利用電壓范圍的上限值或下限值來計(jì)算操作值范圍，基于操作值范圍來對(duì)斬波器電路4進(jìn)行控制。實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置1除了實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置1的結(jié)構(gòu)以外，還包括電壓比較部18。對(duì)與實(shí)施方式1不同的實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置1的各部分的動(dòng)作進(jìn)行說明。

電壓比較部18在a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓為電壓范圍的上限值以上的情況下，將電壓范圍的上限值作為輸入電壓來進(jìn)行輸出。電壓比較部18在a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓在電壓范圍內(nèi)的情況下，即，在a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓小于電壓范圍的上限值且大于電壓范圍的下限值的情況下，輸出經(jīng)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓。電壓比較部18在a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓在電壓范圍的下限值以下的情況下，將電壓范圍的下限值作為輸入電壓來進(jìn)行輸出。

范圍計(jì)算部12根據(jù)電壓比較部18所輸出的輸入電壓和輸出電壓指令值來計(jì)算操作值范圍。在實(shí)施方式2中，范圍計(jì)算部12將輸出電壓指令值除以電壓比較部18所輸出的輸入電壓，將由此得到的值乘以第1比例常數(shù)后所得到的值設(shè)為操作值范圍的上限值，將輸出電壓指令值除以電壓比較部18所輸出的輸入電壓，并將由此得到的值乘以第2比例常數(shù)后所得到的值設(shè)為操作值范圍的下限值。電壓范圍的上限值和下限值是根據(jù)斬波器電路4的特性來決定的值，例如基于仿真的結(jié)果來決定。

在實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置1中，在經(jīng)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓不在電壓范圍內(nèi)的情況下，基于電壓范圍的上限值或下限值來計(jì)算操作值范圍。因此，例如即使在電壓傳感器2發(fā)生異常的情況下，也能對(duì)抑制操作值范圍大幅變動(dòng)。

圖4是表示實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置所進(jìn)行的斬波器控制的動(dòng)作的一個(gè)示例的流程圖。步驟s10、s20的處理與圖2所示的實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置1所進(jìn)行的處理相同。電壓比較部18在經(jīng)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓在電壓范圍內(nèi)的情況下(步驟s31：是)，輸出經(jīng)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓，范圍計(jì)算部12利用輸出電壓指令值和該輸入電壓，來對(duì)操作值范圍進(jìn)行計(jì)算(步驟s32)。

電壓比較部18在經(jīng)a-d轉(zhuǎn)換后的輸入電壓不在電壓范圍內(nèi)的情況下(步驟s31：否)，將電壓范圍的上限值或下限值作為輸入電壓來進(jìn)行輸出，范圍計(jì)算部12利用輸出電壓指令值和電壓范圍的上限值或下限值，來對(duì)操作值范圍進(jìn)行計(jì)算(步驟s33)。步驟s40、s50、s60、s70的處理與圖2所示的實(shí)施方式1所涉及的斬波器電路控制裝置1所進(jìn)行的處理相同。此外，步驟s31、s32、s33的處理也可以與步驟s10、s20的處理并列進(jìn)行。另外，也可以在步驟s10、s20的處理之前進(jìn)行步驟s31、s32、s33的處理。

如以上說明的那樣，根據(jù)實(shí)施方式2所涉及的斬波器電路控制裝置1，能一邊將斬波器電路4的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，一邊維持?jǐn)夭ㄆ麟娐?的驅(qū)動(dòng)。另外，即使在對(duì)斬波器電路4的輸入電壓進(jìn)行檢測的電壓傳感器2發(fā)生異常的情況下，也能將斬波器電路4的輸出電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)，因此，能提高斬波器電路4的輸出電壓的控制精度。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于上述實(shí)施方式。操作值范圍可以是僅規(guī)定了上限值的范圍，也可以是僅規(guī)定了下限值的范圍。例如，在操作值范圍僅規(guī)定了上限值的范圍的情況下，斬波器電路控制裝置1在操作值為操作值范圍的上限值以上的情況下，利用操作值范圍的上限值來對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行控制，在操作值小于操作值范圍的上限值的情況下，利用操作值來對(duì)斬波器電路4的占空比進(jìn)行控制。同樣，電壓范圍可以是僅規(guī)定了上限值的范圍，也可以是僅規(guī)定了下限值的范圍。

包含上述斬波器電路控制裝置1且搭載于電車的輔助電源裝置在操作值不在操作范圍內(nèi)的情況下，也可以輸出表示操作值不在操作值范圍內(nèi)的通知，并將該通知顯示在位于駕駛室的顯示器上。通過顯示上述通知，例如能促使對(duì)電壓傳感器6的異常采取對(duì)策。

上述實(shí)施方式都可以在本發(fā)明的內(nèi)容的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。上述實(shí)施方式用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，并非意在對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。本發(fā)明的范圍由所附加的權(quán)利要求來表示而并非由實(shí)施方式來表示。在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，以及與發(fā)明的權(quán)利要求等同的范圍內(nèi)所完成的各種變形均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

標(biāo)號(hào)說明

1斬波器電路控制裝置

2、6電壓傳感器

3、5電容器

4斬波器電路

11、13a-d轉(zhuǎn)換器

12范圍計(jì)算部

14電壓指令控制部

15電壓控制部

16比較部

17比較器

18電壓比較部

41開關(guān)元件

42二極管

43電感器