(57)【要約】【課題】電力変換効率を犠牲にすることなく電力変換装置を小型化および低コスト化できる技術を提供する。【解決手段】電力変換装置１０において、共通リアクトルＬｃｏｍは、第１リアクトルＬ１に直列接続される。第１スイッチＳＷ１は、第１直流電力を第１リアクトルＬ１および共通リアクトルＬｃｏｍに供給するか否か切り替える。第２スイッチＳＷ２は、第２直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍに供給するか否か切り替える。電力変換装置１０は、第１スイッチＳＷ１がオンであり、第２スイッチＳＷ２がオフである場合、第１リアクトルＬ１と共通リアクトルＬｃｏｍに蓄えられたエネルギーに基づいて、第１直流電力とは異なる値の直流電力を出力する。電力変換装置１０は、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合、共通リアクトルＬｃｏｍに蓄えられたエネルギーに基づいて、第２直流電力とは異なる値の直流電力を出力する。【選択図】図１
2018057212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リアクトルと、
前記第１リアクトルに直列接続された共通リアクトルと、
第１直流電力を前記第１リアクトルおよび前記共通リアクトルに供給するか否か切り替える第１スイッチと、
前記第１直流電力とは異なる値の第２直流電力を前記共通リアクトルに供給するか否か切り替える第２スイッチと、を備え、
前記第１スイッチがオンであり、前記第２スイッチがオフである場合、前記第１リアクトルと前記共通リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、前記第１直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力し、
前記第１スイッチがオフであり、前記第２スイッチがオンである場合、前記共通リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、前記第２直流電力とは異なる値の前記直流出力電力を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１リアクトルと前記第１スイッチは、前記第１直流電力が供給される第１ノードと、前記共通リアクトルの一端との間に直列接続され、
前記第２スイッチは、前記第２直流電力が供給される第２ノードと、前記共通リアクトルの一端との間に接続され、
前記直流出力電力は、前記共通リアクトルの他端から出力される電力に基づくことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記共通リアクトルの他端と所定の固定電圧との間に接続され、スイッチング動作するスイッチング素子と、
前記共通リアクトルの他端に接続されたアノードと、前記直流出力電力を出力するカソードとを有する整流素子と、
前記整流素子のカソードと前記固定電圧との間に接続されたキャパシタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記共通リアクトルの他端と所定の固定電圧との間に接続され、昇圧時にスイッチング動作する第１スイッチング素子と、
前記共通リアクトルの他端に接続された一端と、前記直流出力電力を出力する他端とを有し、降圧時にスイッチング動作する第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端と前記固定電圧との間に接続されたキャパシタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１ノードに接続された一端と、前記第１リアクトルに接続された他端とを有し、前記第１スイッチがオンであり、前記第２スイッチがオフである場合にスイッチング動作する第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の他端に接続されたカソードと、所定の固定電圧に接続されたアノードとを有する第１整流素子と、
前記第２ノードに接続された一端と、前記第２スイッチに接続された他端とを有し、前記第１スイッチがオフであり、前記第２スイッチがオンである場合にスイッチング動作する第２スイッチング素子と、
前記第２スイッチング素子の他端に接続されたカソードと、前記固定電圧に接続されたアノードとを有する第２整流素子と、
前記共通リアクトルの他端と前記固定電圧との間に接続されたキャパシタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１リアクトルおよび前記共通リアクトルに磁気結合した出力リアクトルと、
前記出力リアクトルの出力電力を整流および平滑化して、前記直流出力電力を出力する整流平滑回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１リアクトルのコアと前記共通リアクトルのコアは、一体に構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１直流電力と前記第２直流電力は、供給電力が変化する同一の直流電源から供給され、
前記電力変換装置は、
前記直流電源が前記第１直流電力を供給している場合、前記第１スイッチをオンに制御し、前記第２スイッチをオフに制御し、前記直流電源が前記第２直流電力を供給している場合、前記第１スイッチをオフに制御し、前記第２スイッチをオンに制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記共通リアクトルに直列接続された、前記第１リアクトルのインダクタンスより小さいインダクタンスを有する第２リアクトルをさらに備え、
前記第２スイッチは、前記第２直流電力を前記第２リアクトルおよび前記共通リアクトルに供給するか否か切り替え、
前記電力変換装置は、前記第１スイッチがオフであり、前記第２スイッチがオンである場合、前記第２リアクトルと前記共通リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、前記直流出力電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共通の直流バスに電力を供給する２つの電力変換部を備える電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。一方の電力変換部は、太陽電池で発電された電力を変換して直流バスに出力する。他方の電力変換部は、蓄電池の電力を変換して直流バスに出力する。一般的に太陽電池と蓄電池では定格電力が異なっているため、各電力変換部は、入力される電力において電力変換効率が高くなるように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電力変換装置のサイズとコストには改善の余地がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力変換効率を犠牲にすることなく電力変換装置を小型化および低コスト化できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、第１リアクトルと、第１リアクトルに直列接続された共通リアクトルと、第１直流電力を第１リアクトルおよび共通リアクトルに供給するか否か切り替える第１スイッチと、第１直流電力とは異なる値の第２直流電力を共通リアクトルに供給するか否か切り替える第２スイッチと、を備える。電力変換装置は、第１スイッチがオンであり、第２スイッチがオフである場合、第１リアクトルと共通リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、第１直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力し、第１スイッチがオフであり、第２スイッチがオンである場合、共通リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、第２直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力変換効率を犠牲にすることなく電力変換装置を小型化および低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図２】比較例に係る電力変換システムの回路図である。
【図３】第２の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図４】第３の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図５】第４の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図６】第５の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図７】第６の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図８】第７の実施形態に係る電力変換システムの回路図である。
【図９】図８のリアクトルの構成を概略的に示す図である。
【図１０】図８のリアクトルの他の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換システム１の回路図である。電力変換システム１は、直流電源Ｐ１，Ｐ２と、電力変換装置１０と、を備える。直流電源Ｐ１の定格電力は、直流電源Ｐ２の定格電力と異なる。例えば、直流電源Ｐ１は太陽電池であり、その電圧Ｖ１は３００Ｖである。例えば、直流電源Ｐ２は蓄電池であり、その電圧Ｖ２は１００Ｖである。
【００１０】
電力変換装置１０は、直流電源Ｐ１の第１直流電力を異なる値の直流出力電力に変換する動作と、第１直流電力とは異なる値の直流電源Ｐ２の第２直流電力を異なる値の直流出力電力に変換する動作とを切り替えて行う。具体的には、電力変換装置１０は、昇圧チョッパとして構成されており、直流電源Ｐ１の電圧Ｖ１を電圧Ｖｏに昇圧する動作と、直流電源Ｐ２の電圧Ｖ２を電圧Ｖｏに昇圧する動作とを切り替えて行う。
【００１１】
電力変換装置１０は、キャパシタＣ１と、第１リアクトルＬ１と、第１スイッチＳＷ１と、キャパシタＣ２と、第２スイッチＳＷ２と、共通リアクトルＬｃｏｍと、スイッチング素子Ｍ１と、整流素子Ｄ１と、キャパシタＣｏと、制御部１２と、を備える。
【００１２】
キャパシタＣ１は、第１直流電力が供給される第１ノードＴ１と、所定の固定電圧である接地電圧との間に接続されている。第１リアクトルＬ１と第１スイッチＳＷ１は、第１ノードＴ１と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端との間に直列接続されている。具体的には、第１リアクトルＬ１は、第１ノードＴ１に接続された一端と、他端とを有する。第１スイッチＳＷ１は、第１リアクトルＬ１の他端に接続された一端と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端に接続された他端とを有する。第１スイッチＳＷ１は、第１直流電力を第１リアクトルＬ１および共通リアクトルＬｃｏｍの両者に供給するか否か切り替える。第１スイッチＳＷ１としては、トランジスタやリレーなどを用いることができる。
【００１３】
キャパシタＣ２は、第２直流電力が供給される第２ノードＴ２と、接地電圧との間に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第２ノードＴ２と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端との間に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第２直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍに供給するか否か切り替える。第２スイッチＳＷ２としても、トランジスタやリレーなどを用いることができる。
【００１４】
共通リアクトルＬｃｏｍは、第１スイッチＳＷ１を介して第１リアクトルＬ１に直列接続されている。共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスは、第２直流電力の電力変換に適した値に設定されている。第１リアクトルＬ１のインダクタンスと共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスとの和は、第１直流電力の電力変換に適した値に設定されている。
【００１５】
スイッチング素子Ｍ１は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタなどの半導体素子であり、共通リアクトルＬｃｏｍの他端と接地電圧との間に接続され、スイッチング動作する。
【００１６】
整流素子Ｄ１は、例えばダイオードであり、共通リアクトルＬｃｏｍの他端に接続されたアノードと、出力ノードＴｏに接続されて直流出力電力を出力するカソードとを有する。このように、出力ノードＴｏの直流出力電力は、共通リアクトルＬｃｏｍの他端から出力される電力に基づいている。キャパシタＣｏは、整流素子Ｄ１のカソードと接地電圧との間に接続されている。
【００１７】
制御部１２は、第１スイッチＳＷ１に切り替え信号ＳＳ１を供給し、第２スイッチＳＷ２に切り替え信号ＳＳ２を供給し、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の何れか一方をオンに制御し、他方をオフに制御する。この制御は、時刻、直流電源Ｐ１から供給される発電量、および、直流電源Ｐ２から供給される残容量などの外部情報に基づいて行われる。例えば制御部１２は、時刻に基づいて、太陽光発電が行える昼間には、第１スイッチＳＷ１をオンに制御し、太陽光発電が不可能な夜間には、第２スイッチＳＷ２をオンに制御する。また制御部１２は、直流電源Ｐ１の発電量が所定値以上の場合には、第１スイッチＳＷ１をオンに制御し、直流電源Ｐ１の発電量が所定値未満であって直流電源Ｐ２の残容量が所定値以上の場合には、第２スイッチＳＷ２をオンに制御してもよい。
【００１８】
また制御部１２は、電圧Ｖｏに基づいて、スイッチング素子Ｍ１の制御端子にＰＷＭ（Pulse Width Modulaion）信号である駆動信号Ｓ１を供給する。具体的には、制御部１２は、駆動信号Ｓ１によって、電圧Ｖｏが目標電圧に近づくようにスイッチング素子Ｍ１をＰＷＭ制御する。このとき制御部１２は、第１スイッチＳＷ１をオンに制御している場合には、第１直流電力の電力変換に適したフィードバック制御を行い、第２スイッチＳＷ２をオンに制御している場合には、第２直流電力の電力変換に適したフィードバック制御を行う。
【００１９】
制御部１２の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
【００２０】
次に、電力変換装置１０の全体的な動作について説明する。第１スイッチＳＷ１がオンであり、第２スイッチＳＷ２がオフである場合、第１直流電力は第１リアクトルＬ１および共通リアクトルＬｃｏｍに供給される。この場合、電力変換装置１０は、スイッチング素子Ｍ１のスイッチング動作に従い、第１リアクトルＬ１と共通リアクトルＬｃｏｍに蓄えられたエネルギーに基づいて、第１直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力ノードＴｏから出力する。ここで、前述のように第１リアクトルＬ１のインダクタンスと共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスとの和は、第１直流電力の電力変換に適した値に設定されている。そのため、適切な電力変換効率を得ることができる。
【００２１】
また、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合、第２直流電力が共通リアクトルＬｃｏｍに供給される。この場合、電力変換装置１０は、スイッチング素子Ｍ１のスイッチング動作に従い、共通リアクトルＬｃｏｍに蓄えられたエネルギーに基づいて、第２直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力ノードＴｏから出力する。ここで、前述のように共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスは、第２直流電力の電力変換に適した値に設定されている。そのため、適切な電力変換効率を得ることができる。
【００２２】
ここで、比較例の電力変換システム１Ｘについて説明する。
図２は、比較例に係る電力変換システム１Ｘの回路図である。電力変換システム１Ｘは、それぞれ昇圧チョッパとして動作する２台の電力変換装置１０Ｘ−１，１０Ｘ−２を備える。電力変換装置１０Ｘ−１，１０Ｘ−２の出力ノードは、互いに接続されている。直流電源Ｐ１の第１直流電力を変換する場合、電力変換装置１０Ｘ−１が動作する。直流電源Ｐ２の第２直流電力を変換する場合、電力変換装置１０Ｘ−２が動作する。
【００２３】
電力変換装置１０Ｘ−１のリアクトルＬ１Ｘのインダクタンスは、第１直流電力の電力変換に適した値に設定されている。電力変換装置１０Ｘ−２のリアクトルＬ２Ｘのインダクタンスは、第２直流電力の電力変換に適した値に設定されている。リアクトルＬ１Ｘのインダクタンスは、リアクトルＬ２Ｘのインダクタンスより大きい。
【００２４】
ここで、本実施形態の共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスは、比較例のリアクトルＬ２Ｘのインダクタンスと等しい。本実施形態の第１リアクトルＬ１のインダクタンスは、比較例のリアクトルＬ１ＸのインダクタンスからリアクトルＬ２Ｘのインダクタンスを減算した値と等しい。つまり、本実施形態では、第１リアクトルＬ１と共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスの和は、比較例のリアクトルＬ１Ｘのインダクタンスと等しい。よって、本実施形態では、比較例に対して、リアクトルＬ２Ｘの分だけリアクトルを削減できる。リアクトルは他の構成要素に比して比較的大型であるため、リアクトルのサイズを削減することで電力変換装置１０を効果的に小型化することができる。
【００２５】
また、本実施形態ではスイッチング素子Ｍ１、整流素子Ｄ１およびキャパシタＣｏも共用することができ、これらを１つずつ設ければよいので、これによってもサイズとコストを削減できる。
【００２６】
このように本実施形態によれば、第１直流電力が変換される場合と第２直流電力が変換される場合とにおいて共通リアクトルＬｃｏｍを共用しているので、電力変換効率を犠牲にすることなくリアクトルのサイズとコストを削減できる。従って、電力変換装置１０を小型化および低コスト化できる。
【００２７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、電力変換装置が双方向チョッパとして構成されている点において第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
図３は、第２の実施形態に係る電力変換システム１Ａの回路図である。ここでは、スイッチング素子Ｍ１を第１スイッチング素子Ｍ１と称する。電力変換装置１０Ａは、図１の整流素子Ｄ１に替えて第２スイッチング素子Ｍ２を備える。第１スイッチング素子Ｍ１と第２スイッチング素子Ｍ２には寄生ダイオードも図示している。第２スイッチング素子Ｍ２は、共通リアクトルＬｃｏｍの他端に接続された一端と、出力ノードＴｏに接続されて直流出力電力を出力する他端とを有する。キャパシタＣｏは、第２スイッチング素子Ｍ２の他端と接地電圧との間に接続されている。
【００２９】
制御部１２Ａは、電圧Ｖｏに基づいて、第１スイッチング素子Ｍ１の制御端子に駆動信号Ｓ１を供給し、第２スイッチング素子Ｍ２の制御端子に駆動信号Ｓ２を供給する。具体的には、制御部１２Ａは、昇圧時には、駆動信号Ｓ１によって、電圧Ｖｏが目標電圧に近づくように第１スイッチング素子Ｍ１をＰＷＭ制御し、駆動信号Ｓ２によって第２スイッチング素子Ｍ２をオフに制御する。つまり、第１スイッチング素子Ｍ１は、昇圧時にスイッチング動作する。これにより、第１スイッチＳＷ１がオンであり、第２スイッチＳＷ２がオフである場合、電圧Ｖ１が電圧Ｖｏに昇圧される。第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合、電圧Ｖ２が電圧Ｖｏに昇圧される。
【００３０】
また、制御部１２Ａは、降圧時には、駆動信号Ｓ１によって第１スイッチング素子Ｍ１をオフに制御し、駆動信号Ｓ２によって、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２が目標電圧に近づくように第２スイッチング素子Ｍ２をＰＷＭ制御する。つまり、第２スイッチング素子Ｍ２は、降圧時にスイッチング動作する。これにより、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合、電圧Ｖｏが電圧Ｖ２に降圧され、直流電源Ｐ２が充電される。なお、直流電源Ｐ１が充電可能な装置であれば、第１スイッチＳＷ１がオンであり、第２スイッチＳＷ２がオフである場合、電圧Ｖｏが電圧Ｖ１に降圧され、直流電源Ｐ１が充電される。
【００３１】
本実施形態によれば、双方向チョッパの構成においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、電力変換装置が降圧チョッパとして構成されている点において第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３３】
図４は、第３の実施形態に係る電力変換システム１Ｂの回路図である。ここでは、スイッチング素子Ｍ１を第１スイッチング素子Ｍ１と称し、整流素子Ｄ１を第１整流素子Ｄ１と称する。電力変換装置１０Ｂは、図１の構成に加え、第２スイッチング素子Ｍ２と、第２整流素子Ｄ２とをさらに備える。
【００３４】
第１スイッチング素子Ｍ１は、第１ノードＴ１に接続された一端と、第１リアクトルＬ１の一端に接続された他端とを有し、第１スイッチＳＷ１がオンであり、第２スイッチＳＷ２がオフである場合にスイッチング動作する。第１整流素子Ｄ１は、第１スイッチング素子Ｍ１の他端に接続されたカソードと、接地電圧に接続されたアノードとを有する。
【００３５】
第２スイッチング素子Ｍ２は、第２ノードＴ２に接続された一端と、第２スイッチＳＷ２の一端に接続された他端とを有し、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合にスイッチング動作する。第２整流素子Ｄ２は、第２スイッチング素子Ｍ２の他端に接続されたカソードと、接地電圧に接続されたアノードとを有する。
【００３６】
キャパシタＣｏは、共通リアクトルＬｃｏｍの他端と接地電圧との間に接続されている。
【００３７】
制御部１２Ｂは、第１直流電力が直流出力電力に変換される場合、第１スイッチＳＷ１をオンに制御し、第２スイッチＳＷ２をオフに制御し、第１スイッチング素子Ｍ１をスイッチング動作させる。これにより、電圧Ｖ１が電圧Ｖｏに降圧される。
【００３８】
制御部１２Ｂは、第２直流電力が直流出力電力に変換される場合、第２スイッチＳＷ２をオンに制御し、第１スイッチＳＷ１をオフに制御し、第２スイッチング素子Ｍ２をスイッチング動作させる。これにより、電圧Ｖ２が電圧Ｖｏに降圧される。
【００３９】
本実施形態によれば、降圧チョッパの構成においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、電力変換装置が絶縁型フライバック方式コンバータとして構成されている点において第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
図５は、第４の実施形態に係る電力変換システム１Ｃの回路図である。ここでは、スイッチング素子Ｍ１を第１スイッチング素子Ｍ１と称する。電力変換装置１０Ｃは、図１の構成に加え、第２スイッチング素子Ｍ２と、出力リアクトルＬｏと、整流平滑回路１４とをさらに備える。また、図１のキャパシタＣ１，Ｃ２は設けられていない。
【００４２】
第１スイッチＳＷ１と、第１リアクトルＬ１と、共通リアクトルＬｃｏｍと、第１スイッチング素子Ｍ１は、第１ノードＴ１とノードＴ１ａとの間に直列接続されている。具体的には、第１スイッチＳＷ１は、第１ノードＴ１に接続された一端と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端に接続された他端とを有する。共通リアクトルＬｃｏｍの他端は、第１リアクトルＬ１の一端に接続されている。第１リアクトルＬ１の他端は、第１スイッチング素子Ｍ１の一端に接続されている。第１スイッチング素子Ｍ１の他端は、ノードＴ１ａに接続されている。第１ノードＴ１には、直流電源Ｐ１のプラス側のノードが接続され、ノードＴ１ａには、直流電源Ｐ１のマイナス側のノードが接続されている。
【００４３】
第２スイッチＳＷ２と、共通リアクトルＬｃｏｍと、第２スイッチング素子Ｍ２は、第２ノードＴ２とノードＴ２ａとの間に直列接続されている。具体的には、第２スイッチＳＷ２は、第２ノードＴ２に接続された一端と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端に接続された他端とを有する。第２スイッチング素子Ｍ２は、共通リアクトルＬｃｏｍの他端に接続された一端と、ノードＴ２ａに接続された他端とを有する。第２ノードＴ２には、直流電源Ｐ２のプラス側のノードが接続され、ノードＴ２ａには、直流電源Ｐ２のマイナス側のノードが接続されている。
【００４４】
このような構成により、第１スイッチＳＷ１は、第１直流電力を第１リアクトルＬ１および共通リアクトルＬｃｏｍの両者に供給するか否か切り替える。第２スイッチＳＷ２は、第２直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍに供給するか否か切り替える。
【００４５】
出力リアクトルＬｏは、第１リアクトルＬ１および共通リアクトルＬｃｏｍに磁気結合している。第１リアクトルＬ１、共通リアクトルＬｃｏｍおよび出力リアクトルＬｏは、絶縁トランスＴＲ１を構成している。第１リアクトルＬ１と共通リアクトルＬｃｏｍは、絶縁トランスＴＲ１の一次側コイルとして機能し、出力リアクトルＬｏは、絶縁トランスＴＲ１の二次側コイルとして機能する。出力リアクトルＬｏのインダクタンスは、昇圧比または降圧比に応じて決定される。
【００４６】
整流平滑回路１４は、出力リアクトルＬｏの出力電力を整流および平滑化して、直流出力電力を出力する。整流平滑回路１４は、整流素子Ｄ１と、キャパシタＣｏとを有する。整流素子Ｄ１は、出力リアクトルＬｏの一端に接続されたアノードと、出力ノードＴｏに接続されて直流出力電力を出力するカソードとを有する。キャパシタＣｏは、整流素子Ｄ１のカソードと、出力リアクトルＬｏの他端との間に接続されている。出力リアクトルＬｏの他端は、出力ノードＴｏａに接続されている。
【００４７】
制御部１２Ｃは、第１直流電力が直流出力電力に変換される場合、第１スイッチＳＷ１をオンに制御し、第２スイッチＳＷ２をオフに制御し、第１スイッチング素子Ｍ１をスイッチング動作させる。これにより、電圧Ｖ１が電圧Ｖｏに昇圧または降圧される。
【００４８】
制御部１２Ｃは、第２直流電力が直流出力電力に変換される場合、第２スイッチＳＷ２をオンに制御し、第１スイッチＳＷ１をオフに制御し、第２スイッチング素子Ｍ２をスイッチング動作させる。これにより、電圧Ｖ２が電圧Ｖｏに昇圧または降圧される。
【００４９】
本実施形態によれば、絶縁型フライバック方式コンバータの構成においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
なお、第１スイッチング素子Ｍ１と第２スイッチング素子Ｍ２を設けずに、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２をスイッチング素子として利用してもよい。この場合、制御部１２Ｃは、第１スイッチＳＷ１をスイッチング動作させ、第２スイッチＳＷ２をオフに制御することにより、第１直流電力を直流出力電力に変換できる。また制御部１２Ｃは、第１スイッチＳＷ１をオフに制御し、第２スイッチＳＷ２をスイッチング動作させることにより、第２直流電力を直流出力電力に変換できる。
【００５１】
また、整流平滑回路１４にダイオードとリアクトルを追加して、フォワード方式コンバータを構成することもできる。この場合の整流平滑回路１４の構成は、周知の構成を採用できるため、説明は省略する。
【００５２】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、電力変換装置がｎ（ｎは３以上の整数）台の直流電源に接続可能な点において第２の実施形態と異なる。以下では、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５３】
図６は、第５の実施形態に係る電力変換システム１Ｄの回路図である。電力変換装置１０Ｄは、ｎ個のキャパシタＣ１〜Ｃｎと、（ｎ−１）個の第１から第（ｎ−１）リアクトルＬ１〜Ｌ（ｎ−１）と、ｎ個の第１から第ｎスイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、を備える。図６では、キャパシタＣ３〜Ｃ（ｎ−１）と、第３から第（ｎ−１）リアクトルＬ３〜Ｌ（ｎ−１）と、第３から第（ｎ−１）スイッチＳＷ３〜ＳＷ（ｎ−１）は、図示を省略している。
【００５４】
ｉ（ｉは、１から（ｎ−１）までの整数）番目のキャパシタＣｉは、直流電源Ｐｉから第ｉ直流電力が供給されるｉ番目の第ｉノードＴｉと、接地電圧との間に接続されている。ｎ番目のキャパシタＣｎは、直流電源Ｐｎから第ｎ直流電力が供給されるｎ番目の第ｎノードＴｎと、接地電圧との間に接続されている。第１直流電力から第ｎ直流電力は、それぞれ値が異なる。
【００５５】
第ｉリアクトルＬｉは、第ｉノードＴｉに接続された一端と、他端とを有する。第ｉスイッチＳＷｉは、第ｉリアクトルＬｉの他端に接続された一端と、共通リアクトルＬｃｏｍの一端に接続された他端とを有する。第ｉスイッチＳＷｉは、第ｉ直流電力を第ｉリアクトルＬｉおよび共通リアクトルＬｃｏｍの両者に供給するか否か切り替える。
【００５６】
第ｎスイッチＳＷｎは、第ｎノードＴｎと、共通リアクトルＬｃｏｍの一端との間に接続されている。第ｎスイッチＳＷｎは、第ｎ直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍに供給するか否か切り替える。
【００５７】
共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスは、第ｎ直流電力の電力変換に適した値に設定されている。第ｉリアクトルＬｉのインダクタンスと共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスとの和は、第ｉ直流電力の電力変換に適した値に設定されている。従って、第１から第（ｎ−１）リアクトルＬ１〜Ｌ（ｎ−１）のインダクタンスは、それぞれ異なる。
【００５８】
制御部１２Ｄは、第ｉ直流電力が直流出力電力に変換される場合に、切り替え信号ＳＳ１〜ＳＳｎにより第ｉスイッチＳＷｉをオンに制御し、他のスイッチをオフに制御する。
【００５９】
本実施形態によれば、ｎ台の直流電源に対応でき、電力変換効率を犠牲にすることなくリアクトルのサイズとコストを削減できる。ｎが大きいほど、サイズとコストの削減効果が大きくなる。
【００６０】
なお、第１、第３および第４の実施形態についても同様に、ｎ台の直流電源に接続可能に構成できる。
【００６１】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、供給電力が変化する１台の直流電源に接続される点において第５の実施形態と異なる。以下では、第５の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６２】
図７は、第６の実施形態に係る電力変換システム１Ｅの回路図である。第１から第ｎ直流電力は、供給電力が変化する同一の直流電源Ｐ１Ｅから供給される。つまり、第１から第ｎノードＴ１〜Ｔｎは、同一の直流電源Ｐ１Ｅに接続されている。直流電源Ｐ１Ｅは、例えば太陽電池、蓄電池または燃料電池などである。
【００６３】
電力変換装置１０Ｅの構成は、図６と同様であるが、制御部１２Ｅの機能が異なる。制御部１２Ｅは、直流電源Ｐ１Ｅが第ｉ直流電力を供給している場合、第ｉスイッチＳＷｉをオンに制御し、他のスイッチをオフに制御し、第ｉ直流電力を第ｉリアクトルと共通リアクトルＬｃｏｍに供給させる。制御部１２Ｅは、直流電源Ｐ１Ｅが第ｎ直流電力を供給している場合、第ｎスイッチＳＷｎをオンに制御し、他のスイッチをオフに制御し、第ｎ直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍに供給させる。具体的には、制御部１２Ｅは、第１から第ｎスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ毎に対応付けられた適切な直流電力の値をテーブルとして予め保持することができる。そして、制御部１２Ｅは、直流電源Ｐ１Ｅから供給される情報、または、図示しない電圧センサと電流センサの検出値に基づいて、直流電源Ｐ１Ｅから供給される現在の直流電力の値を取得する。制御部１２Ｅは、テーブルを参照して、第１から第ｎスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうち取得された現在の直流電力の値に最も適切なものをオンに制御する。
【００６４】
本実施形態によれば、直流電源Ｐ１Ｅから供給される複数の値の直流電力のそれぞれにおいて高い変換効率を得ることができる。また、電力変換装置１０Ｅを小型化および低コスト化できる。
【００６５】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、リアクトルの構造に関する。ここでは、第５の実施形態においてｎ＝３の場合について説明する。
【００６６】
図８は、第７の実施形態に係る電力変換システム１Ｄの回路図である。図９は、図８の第１および第２リアクトルＬ１，Ｌ２と共通リアクトルＬｃｏｍの構成を概略的に示す図である。第１リアクトルＬ１は、コア５０と、絶縁部材５２と、巻き線５４とを有する。第２リアクトルＬ２は、コア５０と、絶縁部材５２と、巻き線５６とを有する。共通リアクトルＬｃｏｍは、コア５０と、絶縁部材５２と、巻き線５８とを有する。
【００６７】
第１リアクトルＬ１のコア５０と、第２リアクトルＬ２のコア５０と、共通リアクトルＬｃｏｍのコア５０は、一体に構成されており、例えば円柱形状を有している。絶縁部材５２は、中空の円柱形状を有しており、コア５０の一部を覆っている。巻き線５４，５６，５８は、それぞれ、絶縁部材５２を挟んで同一のコア５０に巻かれている。巻き線５４の端子ａ，ｂは、図８の第１リアクトルＬ１の端子ａ，ｂに対応する。巻き線５６の端子ｃ，ｄは、図８の第２リアクトルＬ２の端子ｃ，ｄに対応する。巻き線５８の端子ｅ，ｆは、図８の共通リアクトルＬｃｏｍの端子ｅ，ｆに対応する。
【００６８】
図１０は、図８の第１および第２リアクトルＬ１，Ｌ２と共通リアクトルＬｃｏｍの他の構成を概略的に示す図である。図９との相違点を中心に説明する。第１リアクトルＬ１のコア５０Ａと、リアクトルＬ２のコア５０Ａと、共通リアクトルＬｃｏｍのコア５０Ａは、一体に構成されており、リング形状を有している。絶縁部材５２Ａは、中空の形状を有しており、コア５０Ａの一部を覆っている。巻き線５４Ａ，５６Ａ，５８Ａは、それぞれ、絶縁部材５２Ａを挟んで同一のコア５０Ａに巻かれている。
【００６９】
このように本実施形態によれば、複数のリアクトルのコア５０が一体に構成されているので、リアクトルのコストの大部分を占めるコア５０を低コスト化できる。従って、電力変換装置１０Ｄを低コスト化できる。
なお、本実施形態は、第１から第６の実施形態に適用できる。
【００７０】
以上、本発明について、実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７１】
例えば、第１から第４の実施形態において、共通リアクトルＬｃｏｍに直列接続された、第１リアクトルＬ１のインダクタンスより小さいインダクタンスを有する第２リアクトルをさらに備えてもよい。具体的には、第１から第３の実施形態では、第２リアクトルは、第２ノードＴ２と共通リアクトルＬｃｏｍの一端との間に挿入されてもよい。第４の実施形態では、第２リアクトルは、共通リアクトルＬｃｏｍの他端と第２スイッチング素子Ｍ２の一端との間に挿入されてもよい。第２リアクトルのインダクタンスと共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスとの和は、第２直流電力の電力変換に適した値に設定されている。この変形例では、第２スイッチＳＷ２は、第２直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍおよび第２リアクトルに供給するか否か切り替える。電力変換装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンである場合、共通リアクトルＬｃｏｍと第２リアクトルに蓄えられたエネルギーに基づいて、直流出力電力を出力する。また、第５から第７の実施形態では、第ｎリアクトルが、第ｎノードＴｎと共通リアクトルＬｃｏｍの一端との間に挿入されてもよい。第ｎリアクトルのインダクタンスと共通リアクトルＬｃｏｍのインダクタンスとの和は、第ｎ直流電力の電力変換に適した値に設定されている。第ｎスイッチＳＷｎは、第ｎ直流電力を共通リアクトルＬｃｏｍおよび第ｎリアクトルに供給するか否か切り替える。この変形例でも、各実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
また、第１から第３の実施形態において、第１リアクトルＬ１と第１スイッチＳＷ１の接続位置を入れ替えてもよい。つまり、第１スイッチＳＷ１の一端は第１ノードＴ１に接続され、第１スイッチＳＷ１の他端は第１リアクトルＬ１の一端に接続され、第１リアクトルＬ１の他端は共通リアクトルＬｃｏｍの一端に接続されてもよい。また、第５から第７の実施形態において、第ｉリアクトルＬｉと第ｉスイッチＳＷｉの接続位置を入れ替えてもよい。この変形例でも、各実施形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００７４】
［項目１］
第１リアクトル（Ｌ１）と、
前記第１リアクトル（Ｌ１）に直列接続された共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）と、
第１直流電力を前記第１リアクトル（Ｌ１）および前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に供給するか否か切り替える第１スイッチ（ＳＷ１）と、
前記第１直流電力とは異なる値の第２直流電力を前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に供給するか否か切り替える第２スイッチ（ＳＷ２）と、を備え、
前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオンであり、前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオフである場合、前記第１リアクトル（Ｌ１）と前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に蓄えられたエネルギーに基づいて、前記第１直流電力とは異なる値の直流出力電力を出力し、
前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオフであり、前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオンである場合、前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に蓄えられたエネルギーに基づいて、前記第２直流電力とは異なる値の前記直流出力電力を出力することを特徴とする電力変換装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
［項目２］
前記第１リアクトル（Ｌ１）と前記第１スイッチ（ＳＷ１）は、前記第１直流電力が供給される第１ノード（Ｔ１）と、前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の一端との間に直列接続され、
前記第２スイッチ（ＳＷ２）は、前記第２直流電力が供給される第２ノード（Ｔ２）と、前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の一端との間に接続され、
前記直流出力電力は、前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端から出力される電力に基づくことを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
［項目３］
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端と所定の固定電圧との間に接続され、スイッチング動作するスイッチング素子（Ｍ１）と、
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端に接続されたアノードと、前記直流出力電力を出力するカソードとを有する整流素子（Ｄ１）と、
前記整流素子（Ｄ１）のカソードと前記固定電圧との間に接続されたキャパシタ（Ｃｏ）と、
をさらに備えることを特徴とする項目２に記載の電力変換装置（１０）。
［項目４］
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端と所定の固定電圧との間に接続され、昇圧時にスイッチング動作する第１スイッチング素子（Ｍ１）と、
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端に接続された一端と、前記直流出力電力を出力する他端とを有し、降圧時にスイッチング動作する第２スイッチング素子（Ｍ２）と、
前記第２スイッチング素子（Ｍ２）の他端と前記固定電圧との間に接続されたキャパシタ（Ｃｏ）と、
をさらに備えることを特徴とする項目２に記載の電力変換装置（１０Ａ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
［項目５］
前記第１ノード（Ｔ１）に接続された一端と、前記第１リアクトル（Ｌ１）に接続された他端とを有し、前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオンであり、前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオフである場合にスイッチング動作する第１スイッチング素子（Ｍ１）と、
前記第１スイッチング素子（Ｍ１）の他端に接続されたカソードと、所定の固定電圧に接続されたアノードとを有する第１整流素子（Ｄ１）と、
前記第２ノード（Ｔ２）に接続された一端と、前記第２スイッチ（ＳＷ２）に接続された他端とを有し、前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオフであり、前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオンである場合にスイッチング動作する第２スイッチング素子（Ｍ２）と、
前記第２スイッチング素子（Ｍ２）の他端に接続されたカソードと、前記固定電圧に接続されたアノードとを有する第２整流素子（Ｄ２）と、
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）の他端と前記固定電圧との間に接続されたキャパシタ（Ｃｏ）と、
をさらに備えることを特徴とする項目２に記載の電力変換装置（１０Ｂ）。
［項目６］
前記第１リアクトル（Ｌ１）および前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に磁気結合した出力リアクトル（Ｌｏ）と、
前記出力リアクトル（Ｌｏ）の出力電力を整流および平滑化して、前記直流出力電力を出力する整流平滑回路（１４）と、
をさらに備えることを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（１０Ｃ）。
［項目７］
前記第１リアクトル（Ｌ１）のコア（５０）と前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）のコア（５０）は、一体に構成されていることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
［項目８］
前記第１直流電力と前記第２直流電力は、供給電力が変化する同一の直流電源（Ｐ１Ｅ）から供給され、
前記電力変換装置（１０Ｅ）は、
前記直流電源（Ｐ１Ｅ）が前記第１直流電力を供給している場合、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオンに制御し、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオフに制御し、前記直流電源（Ｐ１Ｅ）が前記第２直流電力を供給している場合、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオフに制御し、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオンに制御する制御部（１２Ｅ）をさらに備えることを特徴とする項目１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置（１０Ｅ）。
［項目９］
前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に直列接続された、前記第１リアクトル（Ｌ１）のインダクタンスより小さいインダクタンスを有する第２リアクトルをさらに備え、
前記第２スイッチ（ＳＷ２）は、前記第２直流電力を前記第２リアクトルおよび前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に供給するか否か切り替え、
前記電力変換装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）は、前記第１スイッチ（ＳＷ１）がオフであり、前記第２スイッチ（ＳＷ２）がオンである場合、前記第２リアクトルと前記共通リアクトル（Ｌｃｏｍ）に蓄えられたエネルギーに基づいて、前記直流出力電力を出力することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
【符号の説明】
【００７５】
Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｏ…キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２…整流素子、Ｌ１〜Ｌ（ｎ−１）…リアクトル、Ｌｃｏｍ…共通リアクトル、Ｍ１，Ｍ２…スイッチング素子、Ｐ１〜Ｐｎ，Ｐ１Ｅ…直流電源、ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…電力変換装置、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ…制御部、１４…整流平滑回路、５０，５０Ａ…コア。
【図１】
2018057212.tif 000003
【図２】
2018057212.tif 000004
【図３】
2018057212.tif 000005
【図４】
2018057212.tif 000006
【図５】
2018057212.tif 000007
【図６】
2018057212.tif 000008
【図７】
2018057212.tif 000009
【図８】
2018057212.tif 000010
【図９】
2018057212.tif 000011
【図１０】
2018057212.tif 000012