(57)【要約】【課題】構成に要する費用の増大を抑制する。【解決手段】電圧変換装置１は、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２と、第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２と、電子制御ユニット１５と、を備える。第１トランジスタＳＷ１は、正極バスバーＰＶと第１リアクトル２１との間に接続されている。第１リアクトル２１は、第１トランジスタＳＷ１と中間端子ＭＶとの間に接続されている。第２トランジスタＳＷ２は、負極バスバーＮＶと第２リアクトル２２との間に接続されている。第２リアクトル２２は、第２トランジスタＳＷ２と中間端子ＭＶとの間に接続されている。電子制御ユニット１５は、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のスイッチングを制御する。【選択図】図１
2020137347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正極端子に接続される上アーム素子と、
前記電源の負極端子に接続される下アーム素子と、
前記正極端子と前記負極端子との間の中間端子と、前記上アーム素子との間に接続される第１リアクトルと、
前記中間端子と前記下アーム素子との間に接続される第２リアクトルと、
前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御する制御部と、
を備える、
ことを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
前記中間端子と前記上アーム素子との間に前記第１リアクトルと並列に接続される第１ダイオードと、
前記中間端子と前記下アーム素子との間に前記第２リアクトルと並列に接続される第２ダイオードと、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御することにより、前記中間端子から出力される電圧を所定値に維持する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記上アーム素子の定格電圧及び前記下アーム素子の定格電圧は、前記正極端子及び前記負極端子間に印加される電圧よりも低い、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電圧変換装置。
【請求項５】
前記上アーム素子の定格電圧と前記下アーム素子の定格電圧との差は、所定範囲以内である、
ことを特徴とする請求項４に記載の電圧変換装置。
【請求項６】
前記正極端子と前記中間端子との間に接続される第１負荷と、
前記中間端子と前記負極端子との間に接続される第２負荷と、
を備え、
前記第１負荷の消費電力と前記第２負荷の消費電力との差は、所定範囲以内である、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電圧変換装置。
【請求項７】
前記正極端子及び前記負極端子に接続される蓄電装置と、
モータと、
前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置と、
前記モータのステータ巻線を経由して接続される充電器インレットと、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された２つの負荷の接続点の電圧（例えば、中点電圧）を調整しながら、２つの負荷に電圧を供給する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電力変換装置は、電動車両に搭載される補機類などの複数の負荷にバッテリの出力電圧を分圧して供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直列に接続された２つのスイッチング素子と、直列に接続された２つのコンデンサと、２つのスイッチング素子の接続点と２つのコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、を備える。２つの負荷と、２つのスイッチング素子と、２つのコンデンサとは、バッテリの正極端子と負極端子との間に並列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１７７５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る電力変換装置においては、中点電圧を調整する際に、直列に接続された２つのスイッチング素子の各々にバッテリの出力電圧が印加される場合が生じる。このため、各スイッチング素子の定格電圧は、少なくともバッテリの出力電圧まで高く設定される必要が生じ、電力変換装置の構成に要する費用が嵩むという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成に要する費用の増大を抑制することが可能な電圧変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電圧変換装置（例えば、実施形態での電圧変換装置１）は、電源（例えば、実施形態でのバッテリ１１）の正極端子（例えば、実施形態での正極端子ＰＢ）に接続される上アーム素子（例えば、実施形態での第１トランジスタＳＷ１）と、前記電源の負極端子（例えば、実施形態での負極端子ＮＢ）に接続される下アーム素子（例えば、実施形態での第２トランジスタＳＷ２）と、前記正極端子と前記負極端子との間の中間端子（例えば、実施形態での中間端子ＭＶ）と、前記上アーム素子との間に接続される第１リアクトル（例えば、実施形態での第１リアクトル２１）と、前記中間端子と前記下アーム素子との間に接続される第２リアクトル（例えば、実施形態での第２リアクトル２２）と、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御する制御部（例えば、実施形態での電子制御ユニット１５）と、を備える。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の電圧変換装置は、前記中間端子と前記上アーム素子との間に前記第１リアクトルと並列に接続される第１ダイオード（例えば、実施形態での第１ダイオード２３）と、前記中間端子と前記下アーム素子との間に前記第２リアクトルと並列に接続される第２ダイオード（例えば、実施形態での第２ダイオード２４）と、を備えてもよい。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）に記載の電圧変換装置では、前記制御部は、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御することにより、前記中間端子から出力される電圧を所定値に維持してもよい。
【０００９】
（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の電圧変換装置では、前記上アーム素子の定格電圧及び前記下アーム素子の定格電圧は、前記正極端子及び前記負極端子間に印加される電圧よりも低くてもよい。
【００１０】
（５）上記（４）に記載の電圧変換装置では、前記上アーム素子の定格電圧と前記下アーム素子の定格電圧との差は、所定範囲以内であってもよい。
【００１１】
（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の電圧変換装置は、前記正極端子と前記中間端子との間に接続される第１負荷（例えば、実施形態での第１負荷２５）と、前記中間端子と前記負極端子との間に接続される第２負荷（例えば、実施形態での第２負荷２６）と、を備え、前記第１負荷の消費電力と前記第２負荷の消費電力との差は、所定範囲以内であってもよい。
【００１２】
（７）上記（１）から（６）の何れか１つに記載の電圧変換装置では、前記正極端子及び前記負極端子に接続される蓄電装置（例えば、実施形態でのバッテリ１１）と、モータ（例えば、実施形態でのモータ１２）と、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置（例えば、実施形態でのパワーモジュール１３）と、前記モータのステータ巻線を経由して接続される充電器インレット（例えば、実施形態での充電器インレット３１）と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記（１）によれば、上アーム素子及び下アーム素子は、第１リアクトル及び第２リアクトルを介して接続されているので、正極端子及び負極端子間の電圧は分圧されて、上アーム素子及び下アーム素子の各々に印加される。これにより、例えば、正極端子と負極端子との間の電圧が分圧されずに上アーム素子及び下アーム素子の各々に集中して印加される場合に比べて、上アーム素子及び下アーム素子の各々の耐圧を低くすることができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００１４】
上記（２）の場合、上アーム素子及び下アーム素子のスイッチングに伴って第１リアクトル及び第２リアクトルの各々に生じる逆起電圧（サージ電圧）を、第１ダイオード及び第２ダイオードの各々を順方向に流れる電流によって吸収（消費）することができる。
【００１５】
上記（３）の場合、上アーム素子及び下アーム素子のスイッチングによって中間端子から出力される電圧を容易に所定値に維持することができる。
【００１６】
上記（４）の場合、例えば、上アーム素子及び下アーム素子の各々の定格電圧が正極端子と負極端子との間の電圧以上に設定される場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００１７】
上記（５）の場合、上アーム素子の定格電圧と下アーム素子の定格電圧とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて定格電圧が異なる上アーム素子及び下アーム素子を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００１８】
上記（６）の場合、第１負荷の消費電力と第２負荷の消費電力とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて消費電力が異なる第１負荷及び第２負荷を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００１９】
上記（７）の場合、充電器インレットから入力される電圧を、モータのステータ巻線及び電力変換装置を用いて昇圧することができ、充電器インレットに接続される充電器の定格電圧以上において蓄電装置を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第２トランジスタがオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第１トランジスタがオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第２トランジスタのオン／オフに伴って第２負荷の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧の変化の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第２トランジスタのオン／オフに伴って第２トランジスタのコレクタ−エミッタ間に印加される電圧の変化の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の第１変形例に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の第２変形例に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電圧変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態による電圧変換装置は、例えば、モータとバッテリとの間の電力授受を制御するパワーモジュールに接続されている。例えば、電圧変換装置及びパワーモジュールは、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。
【００２３】
＜車両＞
図１は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。
図１に示すように、車両１０は、電圧変換装置１に加えて、バッテリ１１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用のモータ１２（ＭＯＴ）と、パワーモジュール１３と、電流センサ１４と、電子制御ユニット１５（ＭＯＴ  ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット１６（Ｇ／Ｄ  ＶＣＵ  ＥＣＵ）と、を備える。
【００２４】
バッテリ１１は、例えば、車両１０の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。
バッテリ１１は、直流コネクタ１７ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備える。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
【００２５】
モータ１２は、バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。モータ１２は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ１２は、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ１２は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。
モータ１２は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、を備える。モータ１２の３相のステータ巻線は、３相コネクタ１７ｂに接続されている。
【００２６】
パワーモジュール１３は、例えば、３相コネクタ１３ｂによってモータ１２の３相のステータ巻線に接続されている。パワーモジュール１３は、バッテリ１１から入力される直流電力を３相交流電力に変換する。パワーモジュール１３は、モータ１２から入力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール１３によって変換された直流電力は、バッテリ１１に供給することが可能である。
【００２７】
パワーモジュール１３は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備える。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとが、それぞれブリッジ接続されている。
【００２８】
ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨは、コレクタが正極バスバーＰＩに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーＰＩは、電圧変換装置１の正極バスバーＰＶに接続されている。
ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、エミッタが負極バスバーＮＩに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーＮＩは、電圧変換装置１の負極バスバーＮＶに接続されている。
なお、各正極バスバーＰＩ，ＰＶ同士の接続及び各負極バスバーＮＩ，ＮＶ同士の接続には、例えば、ボルト締結よりも小型であるとともに、絶縁部位の熱損傷を抑制するように、レーザ溶接又はクリップによる接続などが採用されている。
【００２９】
各相においてハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタは、接続点ＴＩにおいてローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続されている。
各相において接続点ＴＩを形成する入出力バスバー１８は入出力端子Ｑに接続されている。入出力端子Ｑは、３相コネクタ１７ｂに接続されている。各相の接続点ＴＩは、入出力バスバー１８、入出力端子Ｑ、及び３相コネクタ１７ｂを介してモータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
【００３０】
パワーモジュール１３は、ゲートドライブユニット１６から各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。パワーモジュール１３は、バッテリ１１から電圧変換装置１を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。
パワーモジュール１３は、モータ１２の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、モータ１２の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール１３によって３相交流電力から変換された直流電力は、電圧変換装置１を介してバッテリ１１に供給することが可能である。
【００３１】
電流センサ１４は、例えば、各相の入出力バスバー１８に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。電流センサ１４は、信号線によって電子制御ユニット１５に接続されている。
【００３２】
電子制御ユニット１５は、モータ１２の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット１５の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。
【００３３】
例えば、電子制御ユニット１５は、電流センサ１４の電流検出値とモータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット１６に入力する制御信号を生成する。制御信号は、パワーモジュール１３の各トランジスタ対をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
また、電子制御ユニット１５は、電流センサ１４の電流検出値とモータ１２に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット１６に入力する制御信号を生成してもよい。
【００３４】
ゲートドライブユニット１６は、電子制御ユニット１５から受け取る制御信号に基づいて、パワーモジュール１３の各トランジスタ対を実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置１の各トランジスタＳＷ１，ＳＷ２をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置１の電圧調整時における電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、各トランジスタＳＷ１，ＳＷ２のオン時間の比率である。
【００３５】
＜電圧変換装置＞
電圧変換装置１は、対を成す２つのスイッチング素子と、第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２と、第１ダイオード２３及び第２ダイオード２４と、第１コンデンサＣ１ａ及び第２コンデンサＣ１ｂと、平滑コンデンサＣ２と、第１負荷（Ｓａ）２５及び第２負荷（Ｓｂ）２６と、を備える。
【００３６】
対を成す２つのスイッチング素子は、例えば、ハイサイドアームの第１トランジスタＳＷ１及びローサイドアームの第２トランジスタＳＷ２である。
第１トランジスタＳＷ１は、コレクタが正極バスバーＰＶに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの正極バスバーＰＶは、バッテリ１１の正極端子ＰＢ及びパワーモジュール１３の正極バスバーＰＩに接続されている。第１トランジスタＳＷ１のエミッタは、第１リアクトル２１に接続されている。
第２トランジスタＳＷ２は、エミッタが負極バスバーＮＶに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの負極バスバーＮＶは、バッテリ１１の負極端子ＮＢ及びパワーモジュール１３の負極バスバーＮＩに接続されている。第２トランジスタＳＷ２のコレクタは、第２リアクトル２２に接続されている。
【００３７】
第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々の定格電圧は、正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間に印加されるバッテリ１１の正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢ間に出力される出力電圧ＶＢよりも低く設定されている。
第１トランジスタＳＷ１の定格電圧と、第２トランジスタＳＷ２の定格電圧との差は、所定範囲以内に設定されている。例えば、所定範囲は、所望の許容誤差の範囲などである。
【００３８】
第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２は、正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間に設けられる中間端子ＭＶに接続されている。第１リアクトル２１は、第１トランジスタＳＷ１のエミッタと中間端子ＭＶとの間に接続されている。第２リアクトル２２は、第２トランジスタＳＷ２のコレクタと中間端子ＭＶとの間に接続されている。
第１ダイオード２３及び第２ダイオード２４の各々は、第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２の各々に接続されている。第１ダイオード２３は、中間端子ＭＶから第１トランジスタＳＷ１のエミッタに向けて順方向となるようにして、第１ダイオード２３と並列に接続されている。第２ダイオード２４は、第２トランジスタＳＷ２のコレクタから中間端子ＭＶに向けて順方向となるようにして、第２リアクトル２２と並列に接続されている。
【００３９】
第１コンデンサＣ１ａ及び第２コンデンサＣ１ｂは、正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間で直列に接続されている。第１コンデンサＣ１ａと第２コンデンサＣ１ｂとの接続点は、中間端子ＭＶに接続されている。つまり、第１コンデンサＣ１ａは正極バスバーＰＶと中間端子ＭＶとの間に接続され、第２コンデンサＣ１ｂは中間端子ＭＶと負極バスバーＮＶとの間に接続されている。第１コンデンサＣ１ａ及び第２コンデンサＣ１ｂは、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４０】
平滑コンデンサＣ２は、正極バスバーＰＶと中間端子ＭＶとの間に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶを介して、パワーモジュール１３の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、パワーモジュール１３の各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４１】
第１負荷（Ｓａ）２５及び第２負荷（Ｓｂ）２６は、例えば、電動車両に搭載されるエアコンプレッサー及びＤＣ−ＤＣコンバータなどの補機類、又は各種車両に搭載されるヘッドライト及びワイパーなどの補機類である。
第１負荷（Ｓａ）２５及び第２負荷（Ｓｂ）２６は、正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間で直列に接続されている。第１負荷２５と第２負荷２６との接続点は、中間端子ＭＶに接続されている。つまり、第１負荷２５は正極バスバーＰＶと中間端子ＭＶとの間に接続され、第２負荷２６は中間端子ＭＶと負極バスバーＮＶとの間に接続されている。
【００４２】
本実施形態による電圧変換装置１は上記構成を備えており、次に、電圧変換装置１の動作について説明する。
電圧変換装置１は、ゲートドライブユニット１６から第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々のゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、トランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
図２は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１において、第２トランジスタＳＷ２がオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。図３は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１において、第１トランジスタＳＷ１がオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１において、第２トランジスタＳＷ２のオン／オフに伴って第２負荷２６の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Ｖｓｂの変化の一例を示す図である。図５は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１において、第２トランジスタＳＷ２のオン／オフに伴って第２トランジスタＳＷ２のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Ｖｓｗ２の変化の一例を示す図である。
【００４３】
図２及び図３に示すように、電圧変換装置１は、第１トランジスタＳＷ１がオン（導通）及び第２トランジスタＳＷ２がオフ（遮断）に設定される第１状態と、第１トランジスタＳＷ１がオフ（遮断）及び第２トランジスタＳＷ２がオン（導通）に設定される第２状態とを、交互に切り替えることによって、中間端子ＭＶから出力される電圧を調整する。
【００４４】
図２に示すように、第１状態では、順次、バッテリ１１の正極端子ＰＢと、第１負荷２５、第１トランジスタＳＷ１、及び第１リアクトル２１と、第２負荷２６と、バッテリ１１の負極端子ＮＢとへ電流が流れる。第１リアクトル２１は、バッテリ１１の出力電流ＩＢから第１トランジスタＳＷ１及び第１負荷２５のうち第１トランジスタＳＷ１側に分岐された電流Ｉ１によって直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第１状態では、相対的に第１負荷２５よりも第２負荷２６の消費電力が大きくなる。また、第２リアクトル２２に生じる逆起電圧（サージ電圧）は第２ダイオード２４を順方向に流れる電流によって吸収（消費）される。
【００４５】
図３に示すように、第２状態では、順次、バッテリ１１の正極端子ＰＢと、第１負荷２５と、第２負荷２６、第２リアクトル２２、及び第２トランジスタＳＷ２とへ電流が流れる。第２リアクトル２２は、バッテリ１１の出力電流ＩＢから第２トランジスタＳＷ２及び第２負荷２６のうち第２トランジスタＳＷ２側に分岐された電流Ｉ２によって直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第２状態では、相対的に第２負荷２６よりも第１負荷２５の消費電力が大きくなる。また、第１リアクトル２１に生じる逆起電圧（サージ電圧）は第１ダイオード２３を順方向に流れる電流によって吸収（消費）される。
【００４６】
電圧変換装置１は、例えば、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のスイッチングによって、中間端子ＭＶから出力される電圧を所定値に維持する。例えば、所定値は、所望の許容誤差範囲内でバッテリ１１の出力電圧ＶＢの１／２となる値（ＶＢ／２）などである。
さらに、電圧変換装置１は、例えば、第１負荷２５の消費電力と第２負荷２６の消費電力との差を所定範囲以内に維持する。例えば、所定範囲は、所望の許容誤差の範囲などである。
【００４７】
電圧変換装置１において、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のスイッチングに伴い、各トランジスタＳＷ１，ＳＷ２のコレクタ−エミッタ間に印加される各電圧Ｖｓｗ１，Ｖｓｗ２は、各負荷２５，２６の正極端及び負極端の両端間に印加される各電圧Ｖｓａ，Ｖｓｂによって規制される。
例えば図４及び図５に示すように、第２トランジスタＳＷ２のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）の切換動作に伴い、第２負荷２６の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Ｖｓｂは、所定範囲内において減少傾向及び増大傾向に交互に切り替わりながら変化する。第２トランジスタＳＷ２のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Ｖｓｗ２は、第２トランジスタＳＷ２のオン時にゼロとなり、第２トランジスタＳＷ２のオフ時に第２負荷２６の電圧Ｖｓｂに一致する。
同様に、第１トランジスタＳＷ１のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）の切換動作に伴い、第１負荷２５の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Ｖｓａは、所定範囲内において減少傾向及び増大傾向に交互に切り替わりながら変化する。第１トランジスタＳＷ１のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Ｖｓｗ１は、第１トランジスタＳＷ１のオン時にゼロとなり、第１トランジスタＳＷ１のオフ時に第１負荷２５の電圧Ｖｓａに一致する。
【００４８】
上述したように、本実施形態の電圧変換装置１によれば、ハイサイドアームの第１トランジスタＳＷ１及びローサイドアームの第２トランジスタＳＷ２は、第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２を介して接続されている。したがって、正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間のバッテリ電圧ＶＢは分圧されて、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々に印加される。これにより、正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間のバッテリ電圧ＶＢが第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々に集中して印加される場合に比べて、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々の耐圧を低くすることができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００４９】
また、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々の耐圧を低くすることができるので、例えば、ＩＧＢＴなどに比べて、より安価かつ低損失のＦＥＴなどのスイッチング素子を用いることができる。これにより、スイッチング周波数を増大させることができ、第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２を小型化することができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００５０】
また、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のスイッチングによって中間端子ＭＶから出力される電圧を容易に所定値に維持することができる。
また、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々の定格電圧を、バッテリ電圧ＶＢよりも低く、相互に所定範囲以内で等しくするので、例えば所定範囲を超えて定格電圧が異なる第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
【００５１】
また、第１負荷２５の消費電力と第２負荷２６の消費電力とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて消費電力が異なる第１負荷２５及び第２負荷２６を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
また、電圧変換装置１の中間端子ＭＶには、第１負荷２５及び第２負荷２６の消費電力の差分のみが現れるだけであり、電圧変換装置１を小型化することができる。また、電力変換装置１を通過する電力の低減により、電力変換装置１における損失を低減することができ、車両１０のエネルギー消費を低減することができる。
【００５２】
また、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２のスイッチングに伴って第１リアクトル２１及び第２リアクトル２２の各々に生じる逆起電圧（サージ電圧）を、第１ダイオード２３及び第２ダイオード２４の各々を順方向に流れる電流によって吸収（消費）することができる。
【００５３】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の各々の定格電圧は、所定範囲以内で一致するとしたが、これに限定されない。
第１トランジスタＳＷ１及び第２トランジスタＳＷ２の何れか一方の定格電圧は、バッテリ１１の出力電圧ＶＢよりも低く設定されて、何れか他方の定格電圧は、バッテリ１１の出力電圧ＶＢから一方の定格電圧を差し引いて得られる電圧に設定されてもよい。
【００５４】
上述した実施形態において、電圧変換装置１は、モータ１２のステータ巻線１２ａを経由して接続される充電器インレット３１を備えてもよい。充電器インレット３１は、バッテリ１１を充電するための充電器に接続される。
図６は、本発明の実施形態の第１変形例に係る電圧変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。
図６に示すように、第１変形例に係る電圧変換装置１は、例えば、コンデンサＣ３と、充電器インレット３１と、を備える。コンデンサＣ３は、例えば、モータ１２においてスター結線によって接続された３相のステータ巻線１２ａの中性点１２ｂと、電圧変換装置１の負極バスバーＮＶとの間に接続されている。充電器インレット３１は、中性点１２ｂと負極バスバーＮＶとの間においてコンデンサＣ３と並列に接続されている。
【００５５】
第１変形例に係る電圧変換装置１は、充電器インレット３１に接続される充電器の出力電圧を変圧してバッテリ１１を充電する際、モータ１２の３相のうち少なくとも何れか２相のステータ巻線１２ａに対応するパワーモジュール１３のハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタを同時にオン／オフ駆動する。これにより、電圧変換装置１は、モータ１２の回転を抑止しながら、ステータ巻線１２ａのインダクタンスによる昇圧作用によって、充電器インレット３１に供給される電圧を昇圧してバッテリ１１を充電する。
第１変形例によれば、充電器インレット３１から入力される電圧を、モータ１２のステータ巻線１２ａ及びパワーモジュール１３を用いて昇圧することができ、充電器インレット３１に接続される充電器の定格電圧以上においてバッテリ１１を充電することができる。
【００５６】
なお、上述した第１変形例においては、モータ１２の３相のうち少なくとも何れか２相のステータ巻線１２ａのインダクタンスを用いるとしたが、これに限定されない。モータ１２の回転動力の駆動輪などへの伝達を抑止するための機構として、例えば、パーキングブレーキ又はクラッチなどを備える場合には、モータ１２の３相のうち何れか１相のみのステータ巻線１２ａのインダクタンスを用いてもよい。この場合、電圧変換装置１は、充電器インレット３１に接続される充電器の出力電圧を昇圧してバッテリ１１を充電する際、モータ１２の３相のうち何れか１相のステータ巻線１２ａに対応するパワーモジュール１３のハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタを同時にオン／オフ駆動する。
【００５７】
上述した実施形態の第１変形例において、電圧変換装置１は、さらに、１対のスイッチング素子を備えてもよい。
図７は、本発明の実施形態の第２変形例に係る電圧変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。
図７に示すように、第２変形例に係る電圧変換装置１は、例えば、１対のハイサイドアームトランジスタＳＷ３及びローサイドアームトランジスタＳＷ４を備える。ハイサイドアームトランジスタＳＷ３及びローサイドアームトランジスタＳＷ４は直列に接続されている。ハイサイドアームトランジスタＳＷ３のエミッタ及びローサイドアームトランジスタＳＷ４のコレクタは、例えば、モータ１２においてスター結線によって接続された３相のステータ巻線１２ａの中性点１２ｂと接続されている。ハイサイドアームトランジスタＳＷ３のコレクタと、ローサイドアームトランジスタＳＷ４のエミッタとの間には、コンデンサＣ３が接続されている。充電器インレット３１は、ハイサイドアームトランジスタＳＷ３のコレクタと、ローサイドアームトランジスタＳＷ４のエミッタとの間においてコンデンサＣ３と並列に接続されている。ローサイドアームトランジスタＳＷ４のエミッタは、電圧変換装置１の負極バスバーＮＶと接続されている。
第２変形例に係る電圧変換装置１は、モータ１２の回転動力の駆動輪などへの伝達を抑止するための機構を備えた状態において、モータ１２の３相のうち何れか１相のみのステータ巻線１２ａのインダクタンスを用いて、充電器インレット３１に接続される充電器の出力電圧を降圧してバッテリ１１を充電する。
【００５８】
上述した実施形態において、第１コンデンサＣ１ａ及び第２コンデンサＣ１ｂと、平滑コンデンサＣ２とは、例えば、共通の正極バスバー及び負極バスバーを備えるコンデンサユニットを構成してもよい。
上述した実施形態において、電圧変換装置１は車両１０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
【００５９】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…電圧変換装置、１０…車両、１１…バッテリ（電源、蓄電装置）、１２…モータ、１３…パワーモジュール（電力変換装置）、１５…電子制御ユニット（制御部）、１６…ゲートドライブユニット、２１…第１リアクトル、２２…第２リアクトル、２３…第１ダイオード、２４…第２ダイオード、２５…第１負荷、２６…第２負荷、３１…充電器インレット、ＭＶ…中間端子、ＮＢ…負極端子、ＰＢ…正極端子、ＳＷ１…第１トランジスタ（上アーム素子）、ＳＷ２…第２トランジスタ（下アーム素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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