(57)【要約】  双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の低圧側入出力端子および第２の低圧側入出力端子と、前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングする。
2012121016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の低圧側入出力端子および第２の低圧側入出力端子と、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、
第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、
前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、
前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、
前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングする
ことを特徴とする双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記低圧側整流回路は、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、を有し、
前記高圧側整流回路は、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第５のスイッチ素子と、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第６のスイッチ素子と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第７のスイッチ素子と、
前記第６のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第８のスイッチ素子と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記トランスは、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２のスイッチ素子の他端に他端が接続され、トランスを構成する第１の巻線と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続された前記トランスを構成する第２の巻線と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記第２の巻線の他端と前記第６のスイッチ素子の他端との間に接続されたＬＣ共振回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項３に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第２、第３のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第５、第８のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする請求項３または４に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオンした状態から、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項５に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第１、第４のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第６、第７のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする請求項６に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオンした状態から、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項５に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第１の低圧側入出力端子と前記第２の低圧側入出力端子との間に接続された第１の平滑用コンデンサと、
前記第１の高圧側入出力端子と前記第２の高圧側入出力端子との間に接続された第２の平滑用コンデンサと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項３ないし８のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記第２の巻線の巻数は、前記第１の巻線の巻数よりも大きいことを特徴とする請求項３ないし９のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記ＬＣ共振回路は、
前記第２の巻線の他端に一端が接続された共振用コンデンサと、前記共振用コンデンサの他端に一端が接続され、前記第６のスイッチ素子の他端に他端が接続されたチョークコイルと、を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記第１ないし第８のスイッチ素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記第１ないし第８のスイッチ素子は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、
前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、
前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、
前記第５のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第５のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第５のダイオードと、
前記第６のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第６のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第６のダイオードと、
前記第７のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第７のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第７のダイオードと、
前記第８のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第８のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第８のダイオードと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項２ないし１３のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１５】
前記トランスは、同極性であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記ＭＯＳトランジスタのゲートに制御信号を印加することにより、前記ＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御する
ことを特徴とする請求項１２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１７】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の低圧側入出力端子に正極が接続され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の低圧側入出力端子に負極が接続されたバッテリと、を備え、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子と、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、
第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、
前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、
前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、
前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングする
ことを特徴とする電源システム。
【請求項１８】
前記第１の高圧側入出力端子と前記第２の高圧側入出力端子に接続され、直流と交流とを変換するインバータ回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１７に記載の電源システム。
【請求項１９】
前記インバータ回路には、交流発電機または負荷が接続されることを特徴とする請求項１８に記載の電源システム。
【請求項２０】
前記低圧側整流回路は、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、を有し、
前記高圧側整流回路は、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第５のスイッチ素子と、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第６のスイッチ素子と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第７のスイッチ素子と、
前記第６のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第８のスイッチ素子と、を有する
ことを特徴とする請求項１７に記載の電源システム。
【請求項２１】
前記トランスは、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２のスイッチ素子の他端に他端が接続された第１の巻線と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第６のスイッチ素子の他端に他端が接続された第２の巻線と、を有する
ことを特徴とする請求項２０に記載の電源システム。
【請求項２２】
前記第２の巻線の他端と前記第６のスイッチ素子の他端との間に接続されたＬＣ共振回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項２１に記載の電源システム。
【請求項２３】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第２、第３のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第５、第８のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源システム。
【請求項２４】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオンした状態から、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項２３に記載の電源システム。
【請求項２５】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第１、第４のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第６、第７のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする請求項２４に記載の電源システム。
【請求項２６】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオンした状態から、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項２５に記載の電源システム。
【請求項２７】
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記インバータ回路に前記交流発電機が接続された場合に、降圧動作する
ことを特徴とする請求項１９に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、および、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、直流電流系で電力を融通しあう場合、小規模の回路で十分な高圧直流電圧が得られるようにするために双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる事が提案されている。【０００３】
例えば、従来の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、ＪＰ２００２−１６５４４８Ａ）は、トランスの両側にそれぞれ双方向型の直交変換部位を有する。【０００４】
この双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの二次側直交変換部は、順方向送電時に、平滑コイルとして作動するチョークコイルを、チョークコイル利用チョッパ回路型インバータのチョークコイルとして用い、このチョークコイルとトランスの二次コイルとの間のスイッチング・整流部が順方向送電時には整流器として機能する。一方、逆方向送電時には、該スイッチング・整流部がチョッパ回路として機能する。【０００５】
しかし、既述のＪＰ２００２−１６５４４８Ａに記載の従来技術の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータでは、例えば、降圧動作時において、スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタの特性のばらつきによりスイッチングロスが発生して、コンバータ効率が低下する。【０００６】
そして、ハードスイッチング時には、ノイズが増加し、スイッチング素子が破壊されてしまう問題があった。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の一態様に係る実施例に従った双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、
第１の低圧側入出力端子および第２の低圧側入出力端子と、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、
第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、
前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、
前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、
前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングする
ことを特徴とする。
【０００８】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記低圧側整流回路は、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、を有し、
前記高圧側整流回路は、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第５のスイッチ素子と、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第６のスイッチ素子と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第７のスイッチ素子と、
前記第６のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第８のスイッチ素子と、を有するようにしてもよい。
【０００９】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記トランスは、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２のスイッチ素子の他端に他端が接続され、トランスを構成する第１の巻線と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続された前記トランスを構成する第２の巻線と、を有するようにしてもよい。
【００１０】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第２の巻線の他端と前記第６のスイッチ素子の他端との間に接続されたＬＣ共振回路をさらに備えるようにしてもよい。
【００１１】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第２、第３のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第５、第８のスイッチ素子をオンするようにしてもよい。
【００１２】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオンした状態から、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオフするようにしてもよい。
【００１３】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第１、第４のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第６、第７のスイッチ素子をオンするようにしてもよい。
【００１４】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオンした状態から、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオフするようにしてもよい。
【００１５】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第１の低圧側入出力端子と前記第２の低圧側入出力端子との間に接続された第１の平滑用コンデンサと、
前記第１の高圧側入出力端子と前記第２の高圧側入出力端子との間に接続された第２の平滑用コンデンサと、をさらに備えるようにしてもよい。
【００１６】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第２の巻線の巻数は、前記第１の巻線の巻数よりも大きくしてもよい。
【００１７】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記ＬＣ共振回路は、
前記第２の巻線の他端に一端が接続された共振用コンデンサと、前記共振用コンデンサの他端に一端が接続され、前記第６のスイッチ素子の他端に他端が接続されたチョークコイルと、を有するようにしてもよい。
【００１８】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第１ないし第８のスイッチ素子は、ＭＯＳトランジスタであるようにしてもよい。
【００１９】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第１ないし第８のスイッチ素子は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタであるようにしてもよい。
【００２０】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、
前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、
前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、
前記第５のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第５のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第５のダイオードと、
前記第６のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第６のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第６のダイオードと、
前記第７のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第７のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第７のダイオードと、
前記第８のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第８のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第８のダイオードと、をさらに備えるようにしてもよい。
【００２１】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記トランスは、同極性であるようにしてもよい。
【００２２】
上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御回路は、前記ＭＯＳトランジスタのゲートに制御信号を印加することにより、前記ＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御するようにしてもよい。
【００２３】
本発明の一態様に係る実施例に従った電源システムは、
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の低圧側入出力端子に正極が接続され、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の低圧側入出力端子に負極が接続されたバッテリと、を備え、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子と、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、
第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、
前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、
前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、
前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングさせる
ことを特徴とする。
【００２４】
上記電源システムにおいて、
前記第１の高圧側入出力端子と前記第２の高圧側入出力端子に接続され、直流と交流とを変換するインバータ回路をさらに備えるようにしてもよい。
【００２５】
上記電源システムにおいて、
前記インバータ回路には、交流発電機または負荷が接続されるようにしてもよい。
【００２６】
上記電源システムにおいて、
前記低圧側整流回路は、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、を有し、
前記高圧側整流回路は、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第５のスイッチ素子と、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第６のスイッチ素子と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第７のスイッチ素子と、
前記第６のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第８のスイッチ素子と、を有するようにしてもよい。
【００２７】
上記電源システムにおいて、
前記トランスは、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２のスイッチ素子の他端に他端が接続された第１の巻線と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第６のスイッチ素子の他端に他端が接続された第２の巻線と、を有するようにしてもよい。
【００２８】
上記電源システムにおいて、
前記第２の巻線の他端と前記第６のスイッチ素子の他端との間に接続されたＬＣ共振回路をさらに備えるようにしてもよい。
【００２９】
上記電源システムにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第２、第３のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第５、第８のスイッチ素子をオンするようにしてもよい。
【００３０】
上記電源システムにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオンした状態から、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオフするようにしてもよい。
【００３１】
上記電源システムにおいて、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第１、第４のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第６、第７のスイッチ素子をオンするようにしてもよい。
【００３２】
上記電源システムは、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオンした状態から、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオフするようにしてもよい。
【００３３】
上記電源システムは、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記インバータ回路に前記交流発電機が接続された場合に、降圧動作するようにしてもよい。
【００３４】
本発明の一態様に係る双方向ＤＣ−ＤＣコンバータでは、制御回路が、降圧動作時において、低圧側整流回路のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタをスイッチングする。
【００３５】
これにより、より適切な電圧部分共振によるスイッチングを実行することができる。
【００３６】
したがって、高圧側整流回路のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタの特性のばらつきによるスイッチングロスが抑制される。
【００３７】
すなわち、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータのコンバータ効率が向上し、ノイズの発生が低減され、スイッチング素子の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一態様である実施例１に係る電源システム１０００の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、降圧動作時における、図１に示す双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の低圧側整流回路１０１および高圧側整流回路１０２のＭＯＳトランジスタのゲートに入力される制御信号の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の一態様である実施例１に係る電源システム１０００の構成の一例を示す図である。【００４１】
図１に示すように、電源システム１０００は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と、バッテリ２００と、インバータ回路３００と、を備えている。【００４２】
バッテリ２００は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の第１の低圧側入出力端子１００ａに正極が接続され、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の第２の低圧側入出力端子１００ｂに負極が接続されている。【００４３】
インバータ回路３００は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の第１の高圧側入出力端子１００ｃと第２の高圧側入出力端子１００ｄに接続され、直流と交流とを変換するようになっている。このインバータ回路３００には、例えば、図示しない交流発電機または負荷が接続される。【００４４】
また、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、例えば、第１の低圧側入出力端子１００ａと、第２の低圧側入出力端子１００ｂと、第１の高圧側入出力端子１００ｃと、第２の高圧側入出力端子１００ｄと、低圧側整流回路１０１と、高圧側整流回路１０２と、制御回路１０３と、ＬＣ共振回路１０４と、第１の平滑用コンデンサＣ１と、第２の平滑用コンデンサＣ２と、トランスＴと、を備えている。【００４５】
低圧側整流回路１０１は、第１の低圧側入出力端子１００ａおよび第２の低圧側入出力端子１００ａに接続されている。【００４６】
この低圧側整流回路１０１は、図１に示すように、例えば、ｎチャネルＭＯＳトランジスタである、第１のスイッチ素子Ｑ１と、第２のスイッチ素子Ｑ２と、第３のスイッチ素子Ｑ３と、第４のスイッチ素子Ｑ４と、第１のダイオードＤ１と、第２のダイオードＤ２と、第３のダイオードＤ３と、第４のダイオードＤ４と、を有する。【００４７】
第１のスイッチ素子Ｑ１は、第１の低圧側入出力端子１００ａに一端が接続されている。【００４８】
第２のスイッチ素子Ｑ２は、第１の低圧側入出力端子１００ａに一端が接続されている。【００４９】
第３のスイッチ素子Ｑ３は、第１のスイッチ素子Ｑ１の他端に一端が接続され、第２の低圧側入出力端子１００ａに他端が接続されている。【００５０】
第４のスイッチ素子Ｑ４は、第２のスイッチ素子Ｑ２の他端に一端が接続され、第２の低圧側入出力端子１００ａに他端が接続されている。【００５１】
第１のダイオードＤ１は、第１のスイッチ素子Ｑ１の一端にカソードが接続され、第１のスイッチ素子Ｑ１の他端にアノードが接続されている。【００５２】
第２のダイオードＤ２は、第２のスイッチ素子Ｑ２の一端にカソードが接続され、第２のスイッチ素子Ｑ２の他端にアノードが接続されている。【００５３】
第３のダイオードＤ３は、第３のスイッチ素子Ｑ３の一端にカソードが接続され、第３のスイッチ素子Ｑ３の他端にアノードが接続されている。【００５４】
第４のダイオードＤ４は、第４のスイッチ素子Ｑ４の一端にカソードが接続され、第４のスイッチ素子Ｑ４の他端にアノードが接続されている。【００５５】
また、高圧側整流回路１０２は、第１の高圧側入出力端子１００ｃおよび第２の高圧側入出力端子１００ｄに接続されている。【００５６】
この高圧側整流回路１０２は、図１に示すように、例えば、ｎチャネルＭＯＳトランジスタである、第５のスイッチ素子Ｑ５と、第６のスイッチ素子Ｑ６と、第７のスイッチ素子Ｑ７と、第８のスイッチ素子Ｑ８と、第５のダイオードＤ５と、第６のダイオードＤ６と、第７のダイオードＤ７と、第８のダイオードＤ８と、を有する。【００５７】
第５のスイッチ素子Ｑ５は、第１の高圧側入出力端子１００ｃに一端が接続されている。【００５８】
第６のスイッチ素子Ｑ６は、第１の高圧側入出力端子１００ｃに一端が接続されている。【００５９】
第７のスイッチ素子Ｑ７は、第５のスイッチ素子Ｑ５の他端に一端が接続され、第２の高圧側入出力端子１００ｄに他端が接続されている。【００６０】
第８のスイッチ素子Ｑ８は、第６のスイッチ素子Ｑ６の他端に一端が接続され、第２の高圧側入出力端子１００ｄに他端が接続されている。【００６１】
第５のダイオードＤ５は、第５のスイッチ素子Ｑ５の一端にカソードが接続され、第５のスイッチ素子Ｑ５の他端にアノードが接続されている。【００６２】
第６のダイオードＤ６は、第６のスイッチ素子Ｑ６の一端にカソードが接続され、第６のスイッチ素子Ｑ６の他端にアノードが接続されている。【００６３】
第７のダイオードＤ７は、第７のスイッチ素子Ｑ７の一端にカソードが接続され、第７のスイッチ素子Ｑ７の他端にアノードが接続されている。【００６４】
第８のダイオードＤ８は、第８のスイッチ素子Ｑ８の一端にカソードが接続され、第８のスイッチ素子Ｑ８の他端にアノードが接続されている。【００６５】
また、トランスＴは、低圧側整流回路１０１と高圧側整流回路１０２との間に接続されている。このトランスＴは、同極性である。このトランスＴは、第１の巻線Ｔ１と、第２の巻線Ｔ２と、を有する。【００６６】
第１の巻線Ｔ１は、第１のスイッチ素子Ｑ１の他端に一端が接続され、第２のスイッチ素子Ｑ２の他端に他端が接続されている。【００６７】
第２の巻線Ｔ２は、第５のスイッチ素子Ｑ５の他端に一端が接続され、第６のスイッチ素子Ｑ６の他端に他端が接続されている。【００６８】
この第２の巻線Ｔ２の巻数は、例えば、第１の巻線Ｔ１の巻数よりも大きくなるように設定されている。【００６９】
また、ＬＣ共振回路１０４は、第２の巻線Ｔ２の他端と第６のスイッチ素子Ｑ６の他端との間に、接続されている。【００７０】
このＬＣ共振回路１０４は、例えば、第２の巻線Ｔ２の他端に一端が接続された共振用コンデンサ１０４ａと、この共振用コンデンサ１０４ａの他端に一端が接続され、第６のスイッチ素子Ｑ６の他端に他端が接続されたチョークコイル１０４ｂと、を有する。【００７１】
また、第１の平滑用コンデンサＣ１は、第１の低圧側入出力端子１００ａと第２の低圧側入出力端子１００ａとの間に接続され、第１の低圧側入出力端子１００ａと第２の低圧側入出力端子１００ａとの間の電圧を平滑化するようになっている。【００７２】
第２の平滑用コンデンサＣ２は、第１の高圧側入出力端子１００ｃと第２の高圧側入出力端子１００ｄとの間に接続され、第１の高圧側入出力端子１００ｃと第２の高圧側入出力端子１００ｄとの間の電圧を平滑化するようになっている。【００７３】
また、制御回路１０３は、低圧側整流回路１０１および高圧側整流回路１０２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８の動作を制御するようになっている。すなわち、制御回路１０３は、第１ないし第８のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８であるＭＯＳトランジスタのゲートに制御信号を印加することにより、第１ないし第８のスイッチ素子（ＭＯＳトランジスタ）Ｑ１〜Ｑ８のオン／オフを制御する。【００７４】
この制御回路１０３は、例えば、降圧動作時（すなわち、インバータ回路３００に該交流発電機が接続され電力が供給されている状態）において、後述のように、高圧側整流回路１０２のスイッチ素子をソフトスイッチングさせるようになっている。【００７５】
次に、以上のような構成を有する電源システム１０００の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の降圧動作時の動作の一例について説明する。【００７６】
ここで、図２は、降圧動作時における、図１に示す双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の低圧側整流回路１０１および高圧側整流回路１０２のＭＯＳトランジスタのゲートに入力される制御信号の一例を示す波形図である。【００７７】
図２に示すように、例えば、降圧動作時の時間ｔ１において、制御回路１０３は、各制御信号（各ｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧）Ｑ１Ｖｇｓ〜Ｑ８Ｖｇｓを“Ｌｏｗ”レベルにする。これにより、制御回路１０３は、第１ないし第８のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８をオフの状態になっている。【００７８】
その後、時間ｔ１ａにおいて、上記状態から、制御回路１０３は、制御信号Ｑ１Ｖｇｓ、Ｑ４Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、低圧側整流回路１０１の第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をオンする。【００７９】
その後、時間ｔ２において、制御回路１０３は、制御信号Ｑ６Ｖｇｓ、Ｑ７Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、高圧側整流回路１０２の第６、第７のスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７をオンする。【００８０】
これにより、第６のスイッチ素子Ｑ６、ＬＣ共振回路１０４、第２の巻線Ｔ２、第７のスイッチ素子Ｑ７に電流が流れる。これにより、トランスＴが動作して、第１のスイッチ素子Ｑ１、第１の巻線Ｔ１、第４のスイッチ素子Ｑ４に電流が流れる。【００８１】
すなわち、高圧側整流回路１０２の第６、第７のスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７よりも低圧側整流回路１０１の第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４の方が先にオンしている（本来出力であるバッテリの電圧が第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４、第１の巻線Ｔ１を介しＴ２側へ電圧を逆変換する。第６、第７のスイッチ素子（高圧スイッチ素子）Ｑ６、Ｑ７はゲート信号よりも先にＶdsが０Ｖとなり、ソフトスイッチング動作となる）。【００８２】
これにより、コンバータ効率が向上し、ノイズの発生が低減され、スイッチング素子の破壊を抑制することができる。【００８３】
その後、時間ｔ３において、制御回路１０３は、制御信号Ｑ１Ｖｇｓ、Ｑ４Ｖｇｓ、Ｑ６Ｖｇｓ、Ｑ７Ｖｇｓを“Ｌｏｗ”レベルにして、第１、第４、第６、第７のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ７をオフする。【００８４】
その後、時間ｔ３ａにおいて、制御回路１０３は、制御信号Ｑ２Ｖｇｓ、Ｑ３Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、低圧側整流回路１０１の第２、第３のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３をオンする。【００８５】
その後、時間ｔ４において、制御回路１０３は、制御信号Ｑ５Ｖｇｓ、Ｑ８Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、高圧側整流回路１０２の第５、第８のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオンする。【００８６】
これにより、第５のスイッチ素子Ｑ５、ＬＣ共振回路１０４、第２の巻線Ｔ２、第８のスイッチ素子Ｑ８に電流が流れる。これにより、トランスＴが動作して、第２のスイッチ素子Ｑ２、第１の巻線Ｔ１、第３のスイッチ素子Ｑ３に電流が流れる。【００８７】
すなわち、高圧側整流回路１０２の第５、第８のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ８よりも低圧側整流回路１０１の第２、第３のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３の方が先にオンしている（本来出力であるバッテリの電圧が第２、第３のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、第１の巻線Ｔ１を介しＴ２側へ電圧を逆変換する。第５、第８のスイッチ素子（高圧スイッチ素子）Ｑ５、Ｑ８はゲート信号よりも先にＶdsが０Ｖとなり、ソフトスイッチング動作となる）。【００８８】
これにより、コンバータ効率が向上し、ノイズの発生が低減され、スイッチング素子の破壊を抑制することができる。【００８９】
その後、時間ｔ５において、制御回路１０３は、制御信号Ｑ２Ｖｇｓ、Ｑ３Ｖｇｓ、Ｑ５Ｖｇｓ、Ｑ８Ｖｇｓを“Ｌｏｗ”レベルにして、第２、第３、第５、第８のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ８をオフする。【００９０】
その後、時間ｔ５ａにおいて、制御回路１０３は、制御信号Ｑ１Ｖｇｓ、Ｑ４Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、低圧側整流回路１０１の第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をオンする。【００９１】
その後、時間ｔ６において、制御回路１０３は、制御信号Ｑ６Ｖｇｓ、Ｑ７Ｖｇｓを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、高圧側整流回路１０２の第６、第７のスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７をオンする。【００９２】
これにより、第６のスイッチ素子Ｑ６、ＬＣ共振回路１０４、第２の巻線Ｔ２、第７のスイッチ素子Ｑ７に電流が流れる。これにより、トランスＴが動作して、第１のスイッチ素子Ｑ１、第１の巻線Ｔ１、第４のスイッチ素子Ｑ４に電流が流れる。【００９３】
すなわち、高圧側整流回路１０２の第６、第７のスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７よりも低圧側整流回路１０１の第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４の方が先にオンしている（本来出力であるバッテリの電圧が第１、第４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４、第１の巻線Ｔ１を介しＴ２側へ電圧を逆変換する。第６、第７のスイッチ素子（高圧スイッチ素子）Ｑ６、Ｑ７はゲート信号よりも先にＶdsが０Ｖとなり、ソフトスイッチング動作となる）。【００９４】
これにより、コンバータ効率が向上し、ノイズの発生が低減され、スイッチング素子の破壊を抑制することができる。【００９５】
以降、同様の動作が繰り返される。【００９６】
このように、本発明の一態様に係る双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、制御回路１０３が、降圧動作時において、高圧側整流回路１０２のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタをソフトスイッチングする。【００９７】
これにより、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、より適切な電圧部分共振によるスイッチングを実行することができる。【００９８】
したがって、高圧側整流回路のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタの特性のばらつきによるスイッチングロスが抑制される。【００９９】
すなわち、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１００のコンバータ効率が向上し、ノイズの発生が低減され、スイッチング素子の破壊を抑制することができる。【０１００】
なお、本実施例では、スイッチ素子がｎチャネルＭＯＳトランジスタである場合の一例について説明したが、スイッチ素子がｐチャネルＭＯＳトランジスタであても、同様に説明される。【０１０１】
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
【図１】
2012121016.tif 000003
【図２】
2012121016.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月15日(2012.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の低圧側入出力端子および第２の低圧側入出力端子と、
前記第１の低圧側入出力端子および前記第２の低圧側入出力端子に接続された低圧側整流回路と、
第１の高圧側入出力端子および第２の高圧側入出力端子と、
前記第１の高圧側入出力端子および前記第２の高圧側入出力端子に接続された高圧側整流回路と、
前記低圧側整流回路と前記高圧側整流回路との間に接続されたトランスと、
前記低圧側整流回路および前記高圧側整流回路のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、降圧動作時において、前記高圧側整流回路のスイッチ素子をソフトスイッチングし、
前記低圧側整流回路は、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の低圧側入出力端子に一端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の低圧側入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、を有し、
前記高圧側整流回路は、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第５のスイッチ素子と、
前記第１の高圧側入出力端子に一端が接続された第６のスイッチ素子と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第７のスイッチ素子と、
前記第６のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２の高圧側入出力端子に他端が接続された第８のスイッチ素子と、を有し、
前記トランスは、
前記第１のスイッチ素子の他端に一端が接続され、前記第２のスイッチ素子の他端に他端が接続され、トランスを構成する第１の巻線と、
前記第５のスイッチ素子の他端に一端が接続された前記トランスを構成する第２の巻線と、を有し、
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第２、第３のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第５、第８のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記第２の巻線の他端と前記第６のスイッチ素子の他端との間に接続されたＬＣ共振回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオンした状態から、前記第２、第３、第５、および第８のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフした状態から、前記第１、第４のスイッチ素子をオンし、
その後、前記第６、第７のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする請求項６に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記降圧動作時において、
前記第１ないし第８のスイッチ素子をオフし、且つ、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオンした状態から、前記第１、第４、第６、および第７のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第１の低圧側入出力端子と前記第２の低圧側入出力端子との間に接続された第１の平滑用コンデンサと、
前記第１の高圧側入出力端子と前記第２の高圧側入出力端子との間に接続された第２の平滑用コンデンサと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【国際調査報告】
2012121016.tif 000005
2012121016.tif 000006
2012121016.tif 000007
2012121016.tif 000008