(57)【要約】【課題】直流電源の数が１つであっても実現でき、互いに絶縁された２つの出力部を得ることに適しており、かつ、制御部が絶縁部品を有していない場合であっても１つの出力部からのフィードバック情報を用いてスイッチング素子をフィードバック制御できる電源装置を提供する。【解決手段】第１電源回路１００は電圧変換部１１０と第１出力部１５０を有する。電圧変換部１１０は第１スイッチング素子１２１と絶縁トランス５８０の１次巻線５８１を含む。第２電源回路２００は絶縁トランス５８０の２次巻線５８２と整流回路２２１と第２出力部２５０を有する。第１出力部１５０と第２出力部２５０は互いに絶縁されている。第１出力部１５０と電圧変換部１１０は共通の基準電位を有している。制御部４００は第１出力部１５０からのフィードバック情報を用いて第１スイッチング素子１２１をフィードバック制御する。【選択図】図１
2018074800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、第１電源回路と、第２電源回路と、制御部と、を備え、
前記第１電源回路は、電圧変換部と、第１出力部と、を有し、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、絶縁トランスの１次巻線と、分岐点と、を含み、
前記第１出力部は、第１正側出力端子と、第１負側出力端子と、を含み、
前記直流電源の正端子と前記分岐点とを接続する経路上に前記第１スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記直流電源の負端子とを接続する経路上に前記第２スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記第１正側出力端子とを接続する経路上に前記１次巻線が設けられ、
前記第２電源回路は、前記絶縁トランスの２次巻線と、整流回路と、第２出力部と、を有し、
前記第２出力部は、第２正側出力端子と、第２負側出力端子と、を含み、
前記第２正側出力端子、前記整流回路、前記２次巻線の正側端部、前記２次巻線の負側端部および前記第２負側出力端子がこの順に並ぶように、前記第２正側出力端子と前記第２負側出力端子とを接続する経路上に前記整流回路および前記２次巻線が設けられ、
前記第１出力部と前記第２出力部とは互いに絶縁されており、
前記第１出力部と前記電圧変換部は共通の基準電位を有し、
前記制御部は、前記第１出力部からのフィードバック情報を用いて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子をフィードバック制御し、
前記フィードバック制御において、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子がオンである第１期間において前記第２スイッチング素子がオフとなり前記第１スイッチング素子がオフである第２期間において前記第２スイッチング素子がオンとなるように制御される、電源装置。
【請求項２】
直流電源と、第１電源回路と、第２電源回路と、制御部と、を備え、
前記第１電源回路は、電圧変換部と、第１出力部と、を有し、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子と、ダイオードと、絶縁トランスの１次巻線と、分岐点と、を含み、
前記ダイオードは、アノードおよびカソードを含み、
前記第１出力部は、第１正側出力端子と、第１負側出力端子と、を含み、
前記直流電源の正端子と前記分岐点とを接続する経路上に前記第１スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記カソードと前記アノードと前記負端子とがこの順に並ぶように前記分岐点と前記負端子とを接続する経路上に前記ダイオードが設けられ、前記分岐点と前記第１正側出力端子とを接続する経路上に前記１次巻線が設けられ、
前記第２電源回路は、前記絶縁トランスの２次巻線と、整流回路と、第２出力部と、を有し、
前記第２出力部は、第２正側出力端子と、第２負側出力端子と、を含み、
前記第２正側出力端子、前記整流回路、前記２次巻線の正側端部、前記２次巻線の負側端部および前記第２負側出力端子がこの順に並ぶように、前記第２正側出力端子と前記第２負側出力端子とを接続する経路上に前記整流回路および前記２次巻線が設けられ、
前記第１出力部と前記第２出力部とは互いに絶縁されており、
前記第１出力部と前記電圧変換部は共通の基準電位を有し、
前記制御部は、前記第１出力部からのフィードバック情報を用いて、前記第１スイッチング素子をフィードバック制御する、電源装置。
【請求項３】
前記フィードバック情報は、前記第１正側出力端子と前記第１負側出力端子との間の電圧の値である、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置が有する絶縁トランスの数は１つである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置が有する直流電源の数は１つである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第２電源回路は、スイッチング素子を含まない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１出力部は、第１マイクロコンピュータに接続されるものであり、
前記第２出力部は、第２マイクロコンピュータに接続されるものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置と、
第１制御信号を生成する第１マイクロコンピュータと、
前記第１マイクロコンピュータとは独立したクロックで動作し第２制御信号を生成する第２マイクロコンピュータと、
前記第１制御信号によって制御される第１機器と、
前記第２制御信号によって制御される第２機器と、を備え、
前記第１出力部は、前記第１マイクロコンピュータに接続されており、
前記第２出力部は、前記第２マイクロコンピュータに接続されている、電力システム。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置を備え、
前記直流電源は、水素と酸素を用いて発電する燃料電池である、燃料電池ユニット。
【請求項１０】
前記燃料電池ユニットの補機を備え、
前記第１出力部からは、前記補機の制御に用いられる電圧が取り出され、
前記第２出力部からは、前記補機とは独立したクロックに従って動作する第２機器の制御に用いられる電圧が取り出される、請求項９に記載の燃料電池ユニット。
【請求項１１】
前記第２機器は、貯湯ユニットである、請求項１０に記載の燃料電池ユニット。
【請求項１２】
前記燃料電池ユニットは、第１制御信号を生成する第１マイクロコンピュータを備え、
前記補機は、前記第１制御信号によって制御され、
前記第２機器は、前記第１マイクロコンピュータとは独立したクロックで動作する第２マイクロコンピュータによって生成される第２制御信号によって制御され、
前記第１出力部は、前記第１マイクロコンピュータに接続されており、
前記第２出力部は、前記第２マイクロコンピュータに接続されるものである、請求項１０または１１に記載の燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電源装置、電力システムおよび燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源と、電圧変換に用いられるスイッチング素子と、電圧が取り出される出力部と、出力部からのフィードバック情報を用いてスイッチング素子をフィードバック制御する制御回路と、を有する電源装置が知られている。特許文献１には、そのような電源装置の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８８１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
互いに絶縁された２つの出力部が必要な場合、電源装置を２つ設けることが考えられる。しかし、そのようにすると、直流電源を２つ用意することになり、コストがかかる。
【０００５】
特許文献１には、直流電源の数を１つとしつつ互いに絶縁された２つの出力部を得る技術が記載されている。また、この技術では、スイッチング素子と１つの出力部とが絶縁トランス（絶縁部品）によって互いに絶縁された状態で、当該１つの出力部の電圧の変動に応じてスイッチング素子がフィードバック制御される。この技術では、絶縁を維持しつつフィードバック制御を行うために、フォトカプラ（絶縁部品）を有する制御回路が用いられている。このように、特許文献１の技術では、絶縁トランスに加えフォトカプラが必須である。コストを抑える観点からは、絶縁部品の数は少ない方がよい。
【０００６】
以上の事情に鑑み、本発明者らは、直流電源の数が１つであっても実現でき、互いに絶縁された２つの出力部を得ることに適しており、かつ、制御部が絶縁部品を有していない場合であっても１つの出力部からのフィードバック情報を用いてスイッチング素子をフィードバック制御できる電源装置を提供することを目指した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
直流電源と、第１電源回路と、第２電源回路と、制御部と、を備え、
前記第１電源回路は、電圧変換部と、第１出力部と、を有し、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、絶縁トランスの１次巻線と、分岐点と、を含み、
前記第１出力部は、第１正側出力端子と、第１負側出力端子と、を含み、
前記直流電源の正端子と前記分岐点とを接続する経路上に前記第１スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記直流電源の負端子とを接続する経路上に前記第２スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記第１正側出力端子とを接続する経路上に前記１次巻線が設けられ、
前記第２電源回路は、前記絶縁トランスの２次巻線と、整流回路と、第２出力部と、を有し、
前記第２出力部は、第２正側出力端子と、第２負側出力端子と、を含み、
前記第２正側出力端子、前記整流回路、前記２次巻線の正側端部、前記２次巻線の負側端部および前記第２負側出力端子がこの順に並ぶように、前記第２正側出力端子と前記第２負側出力端子とを接続する経路上に前記整流回路および前記２次巻線が設けられ、
前記第１出力部と前記第２出力部とは互いに絶縁されており、
前記第１出力部と前記電圧変換部は共通の基準電位を有し、
前記制御部は、前記第１出力部からのフィードバック情報を用いて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子をフィードバック制御し、
前記フィードバック制御において、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子がオンである第１期間において前記第２スイッチング素子がオフとなり前記第１スイッチング素子がオフである第２期間において前記第２スイッチング素子がオンとなるように制御される、電源装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示にかかる電源装置は、直流電源の数が１つであっても実現できる。また、この電源装置では、絶縁トランスを介して第１出力部と第２出力部とが接続されている。従って、この電源装置は、互いに絶縁された２つの出力部を得ることに適している。また、第１出力部と電圧変換部は共通の基準電位を有している。従って、この電源装置では、制御部が絶縁部品を有していない場合であっても、第１出力部からのフィードバック情報を用いて、スイッチング素子をフィードバック制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る電源装置の構成図
【図２】各種波形を説明するための図
【図３】変形例に係る第１電源回路を説明するための図
【図４】変形例に係る第２電源回路の構成図
【図５】変形例に係る電源装置の構成図
【図６】非絶縁電源装置の構成図
【図７】絶縁電源装置の構成図
【図８】電力システムの構成図
【図９】燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明者らによる知見）
本発明者らは、電圧が取り出される第１出力部と、電圧が取り出される第２出力部であって第１出力部とは絶縁された第２出力部と、を得ることを考えた。
【００１１】
直流電源と、電圧変換に用いられるスイッチング素子と、電圧が取り出される出力部と、出力部からのフィードバック情報を用いてスイッチング素子をフィードバック制御する制御回路と、を有する電源装置が知られている。そのような電源装置を２つ設けると、互いに絶縁された第１出力部および第２出力部を得ることができる。しかし、上述のように、そのようにするとコストがかかる。
【００１２】
また、特許文献１に倣って、直流電源の数を１つとしつつ互いに絶縁された第１出力部および第２出力部を得ることはできる。特許文献１の技術によれば、１つの出力部の電圧の変動に応じてスイッチング素子をフィードバック制御することもできる。しかし、上述のように、特許文献１の技術では、制御回路がフォトカプラ（絶縁部品）を有していることが必須であり、コストがかかる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、本発明者らが先に作製した図６に示す非絶縁電源装置７００の技術と図７に示す絶縁電源装置８００の技術とを組み合わせることを考えた。
【００１４】
本開示の第１態様は、
直流電源と、第１電源回路と、第２電源回路と、制御部と、を備え、
前記第１電源回路は、電圧変換部と、第１出力部と、を有し、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、絶縁トランスの１次巻線と、分岐点と、を含み、
前記第１出力部は、第１正側出力端子と、第１負側出力端子と、を含み、
前記直流電源の正端子と前記分岐点とを接続する経路上に前記第１スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記直流電源の負端子とを接続する経路上に前記第２スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記第１正側出力端子とを接続する経路上に前記１次巻線が設けられ、
前記第２電源回路は、前記絶縁トランスの２次巻線と、整流回路と、第２出力部と、を有し、
前記第２出力部は、第２正側出力端子と、第２負側出力端子と、を含み、
前記第２正側出力端子、前記整流回路、前記２次巻線の正側端部、前記２次巻線の負側端部および前記第２負側出力端子がこの順に並ぶように、前記第２正側出力端子と前記第２負側出力端子とを接続する経路上に前記整流回路および前記２次巻線が設けられ、
前記第１出力部と前記第２出力部とは互いに絶縁されており、
前記第１出力部と前記電圧変換部は共通の基準電位を有し、
前記制御部は、前記第１出力部からのフィードバック情報を用いて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子をフィードバック制御し、
前記フィードバック制御において、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子がオンである第１期間において前記第２スイッチング素子がオフとなり前記第１スイッチング素子がオフである第２期間において前記第２スイッチング素子がオンとなるように制御される、電源装置を提供する。
【００１５】
本開示の第２態様は、
直流電源と、第１電源回路と、第２電源回路と、制御部と、を備え、
前記第１電源回路は、電圧変換部と、第１出力部と、を有し、
前記電圧変換部は、第１スイッチング素子と、ダイオードと、絶縁トランスの１次巻線と、分岐点と、を含み、
前記ダイオードは、アノードおよびカソードを含み、
前記第１出力部は、第１正側出力端子と、第１負側出力端子と、を含み、
前記直流電源の正端子と前記分岐点とを接続する経路上に前記第１スイッチング素子が設けられ、前記分岐点と前記カソードと前記アノードと前記負端子とがこの順に並ぶように前記分岐点と前記負端子とを接続する経路上に前記ダイオードが設けられ、前記分岐点と前記第１正側出力端子とを接続する経路上に前記１次巻線が設けられ、
前記第２電源回路は、前記絶縁トランスの２次巻線と、整流回路と、第２出力部と、を有し、
前記第２出力部は、第２正側出力端子と、第２負側出力端子と、を含み、
前記第２正側出力端子、前記整流回路、前記２次巻線の正側端部、前記２次巻線の負側端部および前記第２負側出力端子がこの順に並ぶように、前記第２正側出力端子と前記第２負側出力端子とを接続する経路上に前記整流回路および前記２次巻線が設けられ、
前記第１出力部と前記第２出力部とは互いに絶縁されており、
前記第１出力部と前記電圧変換部は共通の基準電位を有し、
前記制御部は、前記第１出力部からのフィードバック情報を用いて、前記第１スイッチング素子をフィードバック制御する、電源装置を提供する。
【００１６】
第１態様および第２態様にかかる電源装置は、直流電源の数が１つであっても実現できる。また、この電源装置では、絶縁トランスを介して第１出力部と第２出力部とが接続されている。従って、この電源装置は、互いに絶縁された２つの出力部を得ることに適している。また、第１出力部と電圧変換部は共通の基準電位を有している。従って、この電源装置では、制御部が絶縁部品を有していない場合であっても、第１出力部からのフィードバック情報を用いて、スイッチング素子をフィードバック制御することができる。
【００１７】
本開示の第３態様は、第１態様または第２態様に加え、
前記フィードバック情報は、前記第１正側出力端子と前記第１負側出力端子との間の電圧の値である電源装置を提供する。
【００１８】
第３態様のフィードバック制御は、第１態様または第２態様のフィードバック制御の具体例である。
【００１９】
本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、
前記電源装置が有する絶縁トランスの数は１つである電源装置を提供する。
【００２０】
本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、
前記電源装置が有する直流電源の数は１つである電源装置を提供する。
【００２１】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、
前記第２電源回路は、スイッチング素子を含まない電源装置を提供する。
【００２２】
第４態様〜第６態様に係る技術は、コスト削減の観点から有利である。
【００２３】
本開示の第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加え、
前記第１出力部は、第１マイクロコンピュータに接続されるものであり、
前記第２出力部は、第２マイクロコンピュータに接続されるものである電源装置を提供する。
【００２４】
仮に、第１出力部に消費電力が変動し易い負荷を接続したとする。このようにすると、第１正側出力端子と第１負側出力端子との間の電圧（第１出力部の電圧）のみならず、第２正側出力端子と第２負側出力端子との間の電圧（第２出力部の電圧）が不安定になり易くなる。この場合、第２出力部に接続された負荷の動作が不安定になり易くなる。また、第２出力部に消費電力が変動し易い負荷が接続されると、第２出力部の電圧のみならず、第１出力部の電圧が不安定になり易くなる。この場合、第１出力部に接続された負荷の動作が不安定になり易くなる。この点、マイクロコンピュータの消費電力は変動し難い。従って、マイクロコンピュータは、第１出力部および第２出力部に接続する負荷として適している。
【００２５】
本開示の第８態様は、
第１態様〜第６態様のいずれか１つの電源装置と、
第１制御信号を生成する第１マイクロコンピュータと、
前記第１マイクロコンピュータとは独立したクロックで動作し第２制御信号を生成する第２マイクロコンピュータと、
前記第１制御信号によって制御される第１機器と、
前記第２制御信号によって制御される第２機器と、を備え、
前記第１出力部は、前記第１マイクロコンピュータに接続されており、
前記第２出力部は、前記第２マイクロコンピュータに接続されている、電力システムを提供する。
【００２６】
上述の理由で、第１出力部に第１マイクロコンピュータを接続し、第２出力部に第２マイクロコンピュータを接続すると、第１出力部の電圧および第２出力部の電圧が安定し易い。このことは、第１マイクロコンピュータの動作と、第２マイクロコンピュータの動作とが安定し易いことを意味する。このことは、第１制御信号と、第２制御信号とが適切に生成され易いことを意味する。このことは、第１機器と、第２機器とが適切に動作し易いことを意味する。また、第１マイクロコンピュータおよび第２マイクロコンピュータは、互いに独立したクロックで動作する。このようにすれば、第１マイクロコンピュータおよび／または第１機器に不具合が生じても、その不具合によって第２マイクロコンピュータおよび／または第２機器に不具合が生じることを避け易くなる。また、第２マイクロコンピュータおよび／または第２機器に不具合が生じても、その不具合によって第１マイクロコンピュータおよび／または第１機器に不具合が生じることを避け易くなる。
【００２７】
本開示の第９態様は、
第１態様〜第６態様のいずれか１つの電源装置を備え、
前記直流電源は、水素と酸素を用いて発電する燃料電池である、燃料電池ユニットを提供する。
【００２８】
第９態様によれば、第１〜第６態様の電源装置を活かした燃料電池ユニットを提供することができる。
【００２９】
本開示の第１０態様は、第９態様に加え、
前記燃料電池ユニットの補機を備え、
前記第１出力部からは、前記補機の制御に用いられる電圧が取り出され、
前記第２出力部からは、前記補機とは独立したクロックに従って動作する第２機器の制御に用いられる電圧が取り出される燃料電池ユニットを提供する。
【００３０】
第１０態様によれば、燃料電池ユニットの補機に不具合が生じても、その不具合によって第２機器に不具合が生じることを回避し易くなる。また、第２機器に不具合が生じても、その不具合によって燃料電池のユニット補機に不具合が生じることを回避し易くなる。
【００３１】
本開示の第１１態様は、第１０態様に加え、
前記第２機器は、貯湯ユニットである燃料電池ユニットを提供する。
【００３２】
貯湯ユニットは、第２機器の具体例である。
【００３３】
本開示の第１２態様は、第１０態様または第１１態様に加え、
前記燃料電池ユニットは、第１制御信号を生成する第１マイクロコンピュータを備え、
前記補機は、前記第１制御信号によって制御され、
前記第２機器は、前記第１マイクロコンピュータとは独立したクロックで動作する第２マイクロコンピュータによって生成される第２制御信号によって制御され、
前記第１出力部は、前記第１マイクロコンピュータに接続されており、
前記第２出力部は、前記第２マイクロコンピュータに接続されるものである、燃料電池ユニットを提供する。
【００３４】
第１２態様の燃料電池ユニットは、第１０態様または第１１態様の燃料電池ユニットの具体例である。
【００３５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００３６】
図１に、本実施形態に係る電源装置５００を示す。電源装置５００は、直流電源３００と、第１電源回路１００と、第２電源回路２００と、制御回路（制御部）４００と、を有している。また、電源装置５００は、絶縁トランス５８０を有している。
【００３７】
絶縁トランス５８０としては、公知の絶縁トランスを用いることができる。絶縁トランス５８０は、１次巻線５８１および２次巻線５８２を有している。１次巻線５８１の出力側端部５８１ｂに比べて１次巻線５８１の電源側端部５８１ａが高電位となったとき、２次巻線５８２の正側端部５８２ａに比べて２次巻線５８２の負側端部５８２ｂが高電位になるように、１次巻線５８１および２次巻線５８２は巻回されている。以下、１次巻線５８１に印加される電圧を電圧ＶL1と表記することがある。電圧ＶL1は、出力側端部５８１ｂに比べて電源側端部５８１ａが高電位であるときに正の値をとるものとする。
【００３８】
直流電源３００としては公知の電源を用いることができる。直流電源３００は、水素と酸素とを用いて発電する燃料電池であってもよい。この場合、電源装置５００を備えた燃料電池ユニットを構成することができる（詳細は後述）。以下、直流電源３００が生成する直流電圧を、電圧Ｖinと表記することがある。直流電源３００の負端子３０２に比べて直流電源３００の正端子３０１が高電位であるときに、電圧Ｖinは正の値をとるものとする。
【００３９】
第１電源回路１００は、電圧変換部１１０と、第１出力部１５０と、を有している。
【００４０】
電圧変換部１１０は、第１スイッチング素子１２１と、第２スイッチング素子１２２と、１次巻線５８１と、分岐点１３１と、を含んでいる。
【００４１】
第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２としては、公知のスイッチング素子を用いることができる。
【００４２】
第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、具体的にはＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。以下、第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２を、それぞれ、第１のＭＯＳＦＥＴ１２１および第２のＭＯＳＦＥＴ１２２と称することがある。第１のＭＯＳＦＥＴ１２１は、第１のゲート１２１ｇ、第１のドレイン１２１ｄおよび第１のソース１２１ｓを有している。第２のＭＯＳＦＥＴ１２２は、第２のゲート１２２ｇ、第２のドレイン１２２ｄおよび第２のソース１２２ｓを有している。以下、第１のゲート１２１ｇと第１のソース１２１ｓの間の電圧を、第１のゲート電圧Ｖgs1と称することがある。第２のゲート１２２ｇと第２のソース１２２ｓの間の電圧を、第２のゲート電圧Ｖgs2と称することがある。本実施形態では、第１のゲート電圧Ｖgs1および第２のゲート電圧Ｖgs2は、パルス状に変化する。
【００４３】
また、以下では、第１スイッチング素子１２１から分岐点１３１へと流れる電流を、電流ＩS1と表記することがある。第２スイッチング素子１２２から分岐点１３１へと流れる電流を、電流ＩS2と表記することがある。
【００４４】
第１出力部１５０は、第１正側出力端子１５１と、第１負側出力端子１５２と、を含んでいる。第１出力部１５０からは、電圧を取り出し可能である。以下、第１正側出力端子１５１と第１負側出力端子１５２との間の電圧を電圧Ｖout1と表記することがある。第１負側出力端子１５２に比べて第１正側出力端子１５１が高電位であるときに、電圧Ｖout1は正の値をとるものとする。また、以下、第１正側出力端子１５１からの出力電流（第１出力部１５０に負荷が接続されたときに第１正側出力端子１５１から負荷に流れ込む電流）を電流ＩL1と表記することがある。
【００４５】
直流電源３００の正端子３０１と分岐点１３１とを接続する経路上に、第１スイッチング素子１２１が設けられている。本実施形態では、正端子３０１、第１のドレイン１２１ｄ、第１のソース１２１ｓおよび分岐点１３１がこの順に並ぶように、この経路上に第１のＭＯＳＦＥＴ１２１が設けられている。分岐点１３１と直流電源３００の負端子３０２とを接続する経路上に、第２スイッチング素子１２２が設けられている。本実施形態では、分岐点１３１、第２のドレイン１２２ｄ、第２のソース１２２ｓおよび負端子３０２がこの順に並ぶように、この経路上に第２のＭＯＳＦＥＴ１２２が設けられている。分岐点１３１と第１正側出力端子１５１とを接続する経路上に、１次巻線５８１が設けられている。本実施形態では、分岐点１３１、電源側端部５８１ａ、出力側端部５８１ｂおよび第１正側出力端子１５１がこの順に並ぶように、この経路上に１次巻線５８１が設けられている。
【００４６】
第２電源回路２００は、絶縁トランス５８０の２次巻線５８２と、整流回路２２１と、第２出力部２５０と、を有している。
【００４７】
整流回路２２１は、２次巻線５８２で生じた電圧を整流する。本実施形態では、整流回路２２１は、整流ダイオードである。以下では、整流回路２２１を整流ダイオード２２１と称することがある。整流ダイオード２２１は、２次巻線５８２に発生した電圧を半波整流することができる。以下、整流ダイオード２２１で生じる電圧を電圧ＶDと表記することがある。電圧ＶDは、整流ダイオード２２１のアノード２２１ａに比べて整流ダイオード２２１のカソード２２１ｃが高電位であるときに正の値をとるものとする。
【００４８】
第２出力部２５０は、第２正側出力端子２５１と、第２負側出力端子２５２と、を含んでいる。第２出力部２５０からは、電圧を取り出し可能である。以下、第２正側出力端子２５１と第２負側出力端子２５２との間の電圧を電圧Ｖout2と表記することがある。第２負側出力端子２５２に比べて第２正側出力端子２５１が高電位であるときに、電圧Ｖout2は正の値をとるものとする。また、以下、第２正側出力端子２５１からの出力電流（第２出力部２５０に負荷が接続されたときに第２正側出力端子２５１から負荷に流れ込む電流）を電流ＩL2と表記することがある。
【００４９】
第２正側出力端子２５１、２次巻線５８２の正側端部５８２ａ、整流回路２２１、２次巻線５８２の負側端部５８２ｂおよび第２負側出力端子２５２がこの順に並ぶように、第２正側出力端子２５１と第２負側出力端子２５２とを接続する経路上に整流回路２２１および２次巻線５８２が設けられている。本実施形態では、第２正側出力端子２５１、カソード２２１ｃ、アノード２２１ａ、正側端部５８２ａ、負側端部５８２ｂおよび第２負側出力端子２５２がこの順に並ぶようにこの経路上に整流ダイオード２２１および２次巻線５８２が設けられている。
【００５０】
第１出力部１５０と第２出力部２５０とは、互いに絶縁されている。この絶縁は、絶縁トランス５８０によって実現されている。
【００５１】
第１出力部１５０と電圧変換部１１０は共通の基準電位を有している。
【００５２】
制御回路４００は、第１出力部１５０からのフィードバック情報を用いて、第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２をフィードバック制御する。本実施形態では、フィードバック情報は、第１正側出力端子１５１と第１負側出力端子１５２との間の電圧Ｖout1の値である。このようなフィードバック制御は、例えば、第１出力部１５０にセンサ（電圧センサ）を設けることによって、実現され得る。
【００５３】
このフィードバック制御において、第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２は、第１スイッチング素子１２１がオンである第１期間において第２スイッチング素子１２２がオフとなり第１スイッチング素子１２１がオフである第２期間において第２スイッチング素子１２２がオンとなるように制御される。第１期間において、分岐点１３１の電位は、第１正側出力端子１５１の電位よりも高くなる。第２期間において、２次巻線５８２の正側端部５８２ａの電位は、第２正側出力端子２５１の電位よりも高くなる。
【００５４】
本実施形態では、第１正側出力端子１５１と第１負側出力端子１５２との間の電圧Ｖout1が目標値となるように、上記のフィードバック制御がなされる。具体的に、本実施形態では、目標値は一定値である。このようにすれば、第２正側出力端子２５１と第２負側出力端子２５２との間の電圧Ｖout2も一定となる。また、本実施形態では、電圧Ｖout2が所望の大きさとなるように、絶縁トランス５８０の巻線比その他が定められている。
【００５５】
以下、図２を参照しつつ、第１期間および第２期間の各種波形についてより詳細に説明する。図２の横軸は、時間である。なお、図２の波形は、第１出力部１５０および第２出力部２５０に抵抗負荷が接続された場合のものである。
【００５６】
図２に示すように、第１期間５３１において、第１のＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧（第１のゲート電圧）Ｖgs1は、正電圧である。これにより、第１のＭＯＳＦＥＴ１２１は、オンとなる。第２のＭＯＳＦＥＴ１２２のゲート電圧（第２のゲート電圧）Ｖgs2は、ゼロである。これにより第２のＭＯＳＦＥＴ１２２は、オフとなる。第１スイッチング素子１２１から分岐点１３１へと流れる電流ＩS1は、正電流である。具体的には、電流ＩS1は、上昇していく。第２スイッチング素子１２２から分岐点１３１へと流れる電流ＩS2は、ゼロである。第１正側出力端子１５１からの出力電流ＩL1は、正電流である。具体的には、出力電流ＩL1は、上昇していく。１次巻線５８１の電圧ＶL1は、正電圧である。第２正側出力端子２５１からの出力電流ＩL2は、ゼロである。整流ダイオード２２１の電圧ＶDは、正電圧である。
【００５７】
第２期間５３２において、第１のゲート電圧Ｖgs1は、ゼロである。これにより、第１のＭＯＳＦＥＴ１２１は、オフとなる。第２のゲート電圧Ｖgs2は、正電圧である。これにより第２のＭＯＳＦＥＴ１２２は、オンとなる。電流ＩS1は、ゼロである。電流ＩS2は、正電流である。具体的には、電流ＩS1は、低下していく。出力電流ＩL1は、正電流である。具体的には、出力電流ＩL1は、低下していく。１次巻線５８１の電圧ＶL1は、負電圧である。出力電流ＩL2は、正電流である。具体的には、出力電流ＩL2は、上昇していく。整流ダイオード２２１の電圧ＶDは、ゼロである。
【００５８】
第１期間５３１および第２期間５３２の両方にわたり、第１出力部１５０の電圧Ｖout1および第２出力部２５０の電圧Ｖout2は、正電圧に維持される。つまり、電圧Ｖout1および電圧Ｖout2は、直流電圧である。
【００５９】
本実施形態の電源装置５００は、直流電源として直流電源３００のみが存在する場合であっても実現できる。また、電源装置５００では、絶縁トランス５８０を介して第１出力部１５０と第２出力部２５０とが接続されている。従って、電源装置５００は、互いに絶縁された２つの出力部を得ることに適している。また、第１出力部１５０と電圧変換部１１０は共通の基準電位を有している。従って、電源装置５００では、制御回路４００が絶縁部品を有していない場合であっても、第１出力部１５０からのフィードバック情報を用いて、スイッチング素子１２１および１２２をフィードバック制御することができる。実際に、本実施形態の制御回路４００は、絶縁部品を有していない。ただし、本実施形態の技術は、制御回路が絶縁部品を有している電源装置にも適用可能である。
【００６０】
図７の絶縁電源装置８００ではフライバック方式が採用されている。このため、スイッチング素子８２０に、直流電源８１０の電圧よりも大きな電圧が印加される。従って、絶縁電源装置８００では、スイッチング素子８２０を保護する観点から、スナバ回路８３０を設ける必要性が高い。これに対し、本実施形態の第１スイッチング素子１２１および第２スイッチング素子１２２には、直流電源３００の直流電圧Ｖinよりも大きな電圧は印加されない。従って、電源装置５００では、スナバ回路を設ける必要性が比較的低く、この点でコスト削減に有利であると言える。
【００６１】
本実施形態では、電源装置５００が有する絶縁トランスの数は１つである（つまり、絶縁トランスは、絶縁トランス５８０のみである）。電源装置５００が有する直流電源の数は１つである（つまり、直流電源は、直流電源３００のみである）。第２電源回路２００は、スイッチング素子を含まない。これらの特徴は、コスト削減の観点から有利である。ただし、本実施形態の技術は、電源装置５００が有する絶縁トランスの数が複数である場合にも、電源装置５００が有する直流電源の数が複数である場合にも、第２電源回路２００がスイッチング素子を含む場合にも、適用可能である。
【００６２】
第１出力部１５０および第２出力部２５０に接続される負荷は、特に限定されない。一例では、第１出力部１５０は、第１マイクロコンピュータに接続される。第２出力部２５０は、第２マイクロコンピュータに接続される。以下の理由で、マイクロコンピュータは、第１出力部１５０および第２出力部２５０に接続する負荷として適している。すなわち、仮に、第１出力部１５０に消費電力が変動し易い負荷を接続したとする。このようにすると、第１出力部１５０の電圧Ｖout1のみならず、第２出力部２５０の電圧Ｖout2が不安定になり易くなる。この場合、第２出力部２５０に接続された負荷の動作が不安定になり易くなる。また、第２出力部２５０に消費電力が変動し易い負荷が接続されると、第２出力部２５０の電圧のみならず、第１出力部１５０の電圧が不安定になり易くなる。この場合、第１出力部１５０に接続された負荷の動作が不安定になり易くなる。この点、マイクロコンピュータの消費電力は変動し難い。従って、第１出力部１５０および第２出力部２５０にマイクロコンピュータを接続する場合には、上述の問題は発生し難い。
【００６３】
図３に示すように、第１正側出力端子１５１と第１負側出力端子１５２との間に平滑コンデンサ１４０を設けてもよい。このようにすれば、第１出力部１５０の電圧Ｖout1をより平滑にすることができる。図３の例では、平滑コンデンサ１４０の端子間電圧は電圧Ｖout1となる。同様に、図４に示すように、第２正側出力端子２５１と第２負側出力端子２５２との間に平滑コンデンサ２４０を設けてもよい。このようにすれば、第２出力部２５０の電圧Ｖout2をより平滑にすることができる。図４の例では、平滑コンデンサ２４０の端子間電圧は電圧Ｖout2となる。
【００６４】
図５に示すように、第２スイッチング素子１２２を、アノード５７０ａおよびカソード５７０ｂを含む転流ダイオード５７０に置き換えることもできる。この置き換えにより得られる電源装置５５０を、図５に示す。電源装置５５０では、分岐点１３１とカソード５７０ｃとアノード５７０ａと負端子３０２とがこの順に並ぶように分岐点１３１と負端子３０２とを接続する経路上にダイオード５７０が設けられている。電源装置５５０では、制御回路４００は、第１出力部１５０からのフィードバック情報を用いて、第１スイッチング素子１２１をフィードバック制御する。第１スイッチング素子１２１がオンである第１期間において、分岐点１３１の電位は、第１正側出力端子１５１の電位よりも高くなる。第１スイッチング素子１２１がオフである第２期間において、２次巻線５８２の正側端部５８２ａの電位は、第２正側出力端子２５１の電位よりも高くなる。図５に示す電源装置５５０によれば、図１に示す電源装置５００と概ね同じような電圧や電流を得ることができる。
【００６５】
なお、図３および４を用いて説明した技術は、図５の電源装置５５０にも適用可能である。
【００６６】
電源装置５００を含む電力システムを構成することもできる。図８に示す例では、電力システム６００は、電源装置５００と、第１マイクロコンピュータ６５１と、第２マイクロコンピュータ６５２と、第１機器６６１と、第２機器６６２と、を備えている。第１マイクロコンピュータ６５１は、第１制御信号を生成する。第２マイクロコンピュータ６５２は、第１マイクロコンピュータ６５１とは独立したクロックで動作する。第２マイクロコンピュータ６５２は、第２制御信号を生成する。第１出力部１５０は、第１マイクロコンピュータ６５１に接続されている。第２出力部２５０は、第２マイクロコンピュータ６５２に接続されている。本実施形態の電力システム６００では、第１機器６６１および第２機器６６２は、互いに絶縁されている。
【００６７】
上述のように、第１出力部１５０に第１マイクロコンピュータ６５１を接続し、第２出力部２５０に第２マイクロコンピュータ６５２を接続すると、第１出力部１５０の電圧および第２出力部２５０の電圧が安定し易い。このことは、第１マイクロコンピュータ６５１の動作と、第２マイクロコンピュータ６５２の動作とが安定し易いことを意味する。このことは、第１制御信号と、第２制御信号とが適切に生成され易いことを意味する。このことは、第１機器６６１と、第２機器６６２とが適切に動作し易いことを意味する。また、第１マイクロコンピュータ６５１および第２マイクロコンピュータ６５２は、互いに独立したクロックで動作する。このようにすれば、第１マイクロコンピュータ６５１および／または第１機器６６１に不具合（例えば、短絡等の事故）が生じても、その不具合によって第２マイクロコンピュータ６５２および／または第２機器６６２に不具合が生じることを避け易くなる。また、第２マイクロコンピュータ６５２および／または第２機器６６２に不具合が生じても、その不具合によって第１マイクロコンピュータ６５１および／または第１機器６６１に不具合が生じることを避け易くなる。
【００６８】
第１機器６６１および第２機器６６２の組み合わせとしては、燃料電池ユニットの補機と貯湯ユニットの組み合わせ（詳細は後述）が例示される。
【００６９】
電源装置５００を利用した燃料電池システムを構成することができる。図９に、そのような燃料電池システムの例を示す。図９に示す燃料電池システム９００は、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムである。ただし、電源装置５００を利用した燃料電池システムの用途は家庭用に限定されない。また、電源装置５００を利用した燃料電池システムは、コージェネレーションシステムを構成していなくてもよい。
【００７０】
燃料電池システム９００は、燃料電池ユニット９２０と、貯湯ユニット９３０と、を有している。
【００７１】
燃料電池ユニット９２０は、燃料処理器９２１と、セルスタック９２２と、電力変換部９２３と、熱交換器９２７と、を有している。
【００７２】
燃料処理器９２１は、燃料ガス９５１から水素９５３を生成する。燃料ガス９５１としては、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰガス）および灯油が例示される。
【００７３】
セルスタック９２２は、酸素９５２および水素９５３から直流電力９６１を生成する。直流電力９６１の生成の際に、排熱９７１が生成される。
【００７４】
電力変換部９２３は、直流電力９６１を交流電力９６２に変換する。交流電力９６２は、負荷において利用される。
【００７５】
貯湯ユニット９３０は、貯湯タンク９３１と、バックアップ給湯器９３２と、を有している。
【００７６】
貯湯ユニット９３０の冷水９８１は、燃料電池ユニット９２０の熱交換器９２７に供給される。熱交換器９２７では、排熱９７１により、冷水９８１から温水９８２が生成される。生成された温水９８２は、貯湯タンク９３１に蓄えられる。貯湯タンク９３１に蓄えられた温水９８２は、必要なときに取り出される。
【００７７】
バックアップ給湯器９３２は、温水９８２が不足しているときに冷水９８１から温水９８２を生成する。
【００７８】
セルスタック９２２は、燃料電池を構成する。セルスタック９２２は、図１の直流電源３００として利用できる。つまり、図９に示す燃料電池システム９００は、水素９５３と酸素９５２とから電源電力を発電する燃料電池を直流電源３００とする電源装置５００を含んでいる。
【００７９】
本実施形態の燃料電池ユニット９２０は、燃料電池ユニット９２０の補機の制御に用いられる電圧を取り出す第１ポート（図９では図示せず）と、貯湯ユニット９３０の制御に用いられる電圧を取り出す第２ポート（図９では図示せず）と、を備えている。第１ポートとして、第１出力部１５０を利用できる。第２ポートとして、第２出力部２５０を利用できる。燃料電池ユニット９２０の補機としては、ポンプおよび弁が例示される。第２ポートから取り出された電圧は、貯湯ユニット９３０のバックアップ給湯器９３２、ポンプ（図示せず）、蓄電池（図示せず）等で使用され得る。
【００８０】
本実施形態の燃料電池ユニット９２０は、燃料電池ユニット９２０の補機を備えている。第１出力部１５０（第１ポート）からは、補機の制御に用いられる電圧が取り出される。第２出力部２５０（第２ポート）からは、補機とは独立したクロックに従って動作する第２機器（本実施形態では貯湯ユニット９３０）の制御に用いられる電圧が取り出される。このようにすれは、燃料電池ユニットの補機に不具合が生じても、その不具合によって第２機器に不具合が生じることを回避し易くなる。また、第２機器に不具合が生じても、その不具合によって燃料電池ユニットの補機に不具合が生じることを回避し易くなる。
【００８１】
具体的に、燃料電池ユニット９２０は、第１制御信号を生成する第１マイクロコンピュータを備えている。補機は、第１制御信号によって制御される。第２機器は、第１マイクロコンピュータとは独立したクロックで動作する第２マイクロコンピュータによって生成される第２制御信号によって制御される。第１出力部１５０は、第１マイクロコンピュータに接続されており、第２出力部２５０は、第２マイクロコンピュータに接続されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本明細書に開示された技術は、燃料電池システム等に適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１００，２００  電源回路，
１１０  電圧変換部
１２１，１２２，７２１，７２２，８２０  スイッチング素子
１３１  分岐点
１４０，２４０  コンデンサ
１５０，２５０  出力部
１５１，１５２，２５１，２５２，７５１，７５２，８５１，８５２  出力端子
２２１  平滑回路（ダイオード）
５７０，８４０  ダイオード
３００，７１０，８１０  直流電源
４００，７４１，８７０  制御回路（制御部）
５００，５５０，７００，８００  電源装置
５３１，５３２  期間
５８０，８６０  絶縁トランス
５８１，５８２，７３０，８６１，８６２  巻線
６００  電力システム
６５１，６５２  マイクロコンピュータ
６６１，６６２  機器
８３０  スナバ回路
９００  燃料電池システム
９２０  燃料電池ユニット
９２１  燃料処理器
９２２  セルスタック
９２３  電力変換部
９２７  熱交換器
９３０  貯湯ユニット
９３１  貯湯タンク
９３２  バックアップ給湯器
９５１  燃料ガス
９５２  酸素
９５３  水素
９６１  直流電力
９６２  交流電力
９６３  余剰電力
９７１  排熱
９８１  冷水
９８２  温水
【図１】
2018074800.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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