(57)【要約】【課題】２つのフルブリッジインバータ回路をトランスを介して接続したタイプの絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作時における２次側のスイッチング素子の温度上昇を抑制できる技術を提供する。【解決手段】昇圧時に、２次側フルブリッジインバータ回路１２に対して、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６とをＯＦＦに維持してスイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８とを交互に（順次）ＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８とをＯＦＦに維持してスイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ５とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御とを交互に行う。【選択図】図４
2019058001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、
前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、
前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御を繰り返し実行すると共に、各入力側制御と同期的に、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８スイッチング素子を制御する出力側制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力側制御として、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第６スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかを、選択的に実行する、
ことを特徴とする絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力側制御として、前記第１制御、前記第２制御を交互に実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第７及び第８スイッチング素子の温度Ｔ１、及び、前記第５及び第６スイッチング素子の温度Ｔ２を取得し、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以上の第１所定値以上である場合には、前記出力側制御として前記第１制御を行う割合である第１制御実行比率を減らし、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以下の第２所定値未満である場合には、前記第１制御実行比率を増やす、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項４】
第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法であって、
前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御と前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８スイッチング素子を制御する出力側制御とを周期的に実行すると共に、
前記出力側制御として、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第６スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかを、選択的に実行する、
ことを特徴とする絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法。
【請求項５】
第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、
前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された、第１レグと第２レグとを有する第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子
である第５双方向スイッチング素子及び第６双方向スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７双方向スイッチング素子及び第８双方向スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、
前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御を繰り返し実行すると共に、各入力側制御と同期的に、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する出力側制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力側制御として、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御のいずれかを、選択的に実行する、
ことを特徴とする絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項６】
第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された、第１レグと第２レグとを有する第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５双方向スイッチング素子及び第６双方向スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７双方向スイッチング素子及び第８双方向スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法であって、
前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する出力側制御とを周期的に実行すると共に、
前記出力側制御として、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御のいずれかを、選択的に実行する、
ことを特徴とする絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置と絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路として、図１に示した構成、すなわち、２つのフルブリッジインバータ回路１１、１２をトランスＴＲを介して接続した構成を有するものが知られている。
【０００３】
この絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路にフルブリッジインバータ回路１１側を１次側として昇圧動作を行わせる場合、従来は、各スイッチ（スイッチング素子）が図２に示したようにＯＮ／ＯＦＦされている。なお、図２には、フルブリッジインバータ回路１１とトランスＴＲとの間に設けられているインダクタＬを流れる電流ＩＬの時間変化パターンも示してある。
【０００４】
すなわち、フルブリッジインバータ回路１１側を１次側として、上記構成の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路に昇圧動作を行わせる場合、２次側のスイッチＱ５〜Ｑ８に対しては、スイッチＱ５、Ｑ６の代わりにダイオードを備えた絶縁型単方向ＤＣ／ＤＣ変換装置（例えば、特許文献１参照）と同様に、ローサイドスイッチＱ７及びＱ８だけをＯＮ／ＯＦＦする制御が行われている。
【０００５】
そして、ローサイドスイッチＱ７及びＱ８の温度は許容温度以下に維持する必要があるため、従来の制御では、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の連続運転可能な条件をローサイドスイッチＱ７及びＱ８の温度が過度に上昇しないものに制限せざるを得なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５３０４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
昇圧動作時における２次側に、４つの双方向スイッチング素子で構成されたフルブリッジインバータ回路を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路に対する従来の制御（詳細は後述）でも、当該フルブリッジインバータ回路内の双方向スイッチング素子間に温度差が生るものとなっている。
【０００８】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、２つのフルブリッジインバータ回路をトランスを介して接続した構成を有する絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作時における２次側のスイッチング素子の温度上昇を抑制できる技術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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、ロ
ーサイドスイッチング素子である第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御を周期的に実行すると共に、各入力側制御と同期的に、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８スイッチング素子を制御する出力側制御を実行する制御部と、を備える。そして、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、前記出力側制御として、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第６スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかを、選択的に実行する。
【００１０】
すなわち、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路（第１フルブリッジインバータ回路、第２フルブリッジインバータ回路及びトランス）の第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、第２フルブリッジインバータ回路内の第５及び第６スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子又はローサイドスイッチング素子）をＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、第２フルブリッジインバータ回路内の第７及び第８スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子又はハイサイドスイッチング素子）をＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかを、選択的に実行する。従って、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置によれば、第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、ハイサイドスイッチング素子（第７及び第８スイッチング素子、又は第５及び第６スイッチング素子）もＯＮ／ＯＦＦされる分、ローサイドスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
なお、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の第２フルブリッジインバータ回路は、スイッチング素子として、第５〜第８スイッチング素子のみを含む回路であっても、第５〜第８スイッチング素子のそれぞれに、一方向スイッチング素子が逆並列接続されている回路であっても、第５〜第８スイッチング素子のそれぞれに、双方向スイッチング素子が並列接続されている回路であってもよい。
【００１２】
本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置に、『前記制御部は、前記出力側制御として、前記第１制御、前記第２制御を交互に実行する』構成を採用しておけば、通常、昇圧動作時に、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度をほぼ同温度とすることが可能となる。
【００１３】
ただし、スイッチング素子間に特性のバラツキがある場合や、各スイッチング素子の放熱に関する環境が異なっている場合には、上記構成では、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度がほぼ同温度とならない場合もある。『前記制御部は、前記第７及び第８スイッチング素子の温度Ｔ１、及び、前記第５及び第６スイッチング素子の温度Ｔ２を取得し、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以上の第１所定値以上である場合には、前記出力側制御として前記第１制御を行う割合である第１制御実行比率を増やし、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以下の第２所定値未満である場合には、前記第１制御実行比率を減らす』構成を採用しておけば、上記のような場合にも、昇圧動作時に、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度がほぼ同温度となる絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の、第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７スイッチング素子及
び第８スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法は、前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御と前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８スイッチング素子を制御する出力側制御とを周期的に実行すると共に、前記出力側制御として、前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、前記第７スイッチング素子と前記第８スイッチング素子とをＯＦＦに維持して前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかを、選択的に実行する。
【００１５】
すなわち、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法は、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、第２フルブリッジインバータ回路内の第５及び第６スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子又はローサイドスイッチング素子）をＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、第２フルブリッジインバータ回路内の第７及び第８スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子又はハイサイドスイッチング素子）をＯＮ／ＯＦＦする第２制御のいずれかが、選択的に実行される。従って、本発明の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法によれば、昇圧動作時に、ハイサイドスイッチング素子（第７及び第８スイッチング素子、又は第５及び第６スイッチング素子）もＯＮ／ＯＦＦされる分、ローサイドスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された、第１レグと第２レグとを有する第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５双方向スイッチング素子及び第６双方向スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７双方向スイッチング素子及び第８双方向スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御を繰り返し実行すると共に、各入力側制御と同期的に、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する出力側制御を実行する制御部と、を備える。そして、本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、前記出力側制御として、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御のいずれかを、選択的に実行する。
【００１７】
すなわち、本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置では、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路（第１フルブリッジインバータ回路、第２フルブリッジインバータ回路及びトランス）の第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、『前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御』と、『前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御』のいずれ
かが選択的に実行される。そして、上記構成の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の第２フルブリッジインバータ回路に対しては、従来、第１制御が繰り返されていたのであるから、上記構成の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、第２制御が行われる分（環流電流が、ローサイドスイッチング素子である第５、第６双方向スイッチング素子ではなく、ハイサイドスイッチング素子である第７、第８双方向スイッチング素子を流れることがある分）、ローサイドスイッチング素子の温度上昇を抑制できることになる。
【００１８】
また、本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法は、第１〜第４スイッチング素子を含む第１フルブリッジインバータ回路と、前記第１フルブリッジインバータ回路にトランスを介して接続された、第１レグと第２レグとを有する第２フルブリッジインバータ回路であって、ハイサイドスイッチング素子である第５双方向スイッチング素子及び第６双方向スイッチング素子と、ローサイドスイッチング素子である第７双方向スイッチング素子及び第８双方向スイッチング素子とを含む第２フルブリッジインバータ回路と、を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法であって、前記第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、前記第１フルブリッジインバータ回路内のスイッチング素子を制御する入力側制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内の前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する出力側制御とを周期的に実行すると共に、前記出力側制御として、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御と、前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御のいずれかを、選択的に実行する。
【００１９】
すなわち、本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方法では、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路（第１フルブリッジインバータ回路、第２フルブリッジインバータ回路及びトランス）の第１フルブリッジインバータ回路への入力電圧の昇圧時に、『前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第７双方向スイッチング素子と前記第８双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第１制御』と、『前記第２フルブリッジインバータ回路内を電流が環流するときに当該電流が前記第５双方向スイッチング素子と前記第６双方向スイッチング素子とを通る形で、前記トランスの出力が整流されるように前記第５〜第８双方向スイッチング素子を制御する第２制御』のいずれかが選択的に実行される。従って、この制御方法によれば、上記した本発明の第２の態様の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置と同様に、第２制御が行われる分、ローサイドスイッチング素子の温度上昇を抑制できることになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、２つのフルブリッジインバータ回路をトランスを介して接続した構成を有する絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作時における２次側のスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、２つのフルブリッジインバータ回路をトランスＴＲを介して接続した絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の回路図である。
【図２】図２は、図１の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作時における各スイッチング素子に対する制御内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置内の制御ユニットが各スイッチング素子に対して行う制御の内容を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図５は、制御ユニットの制御により形成される各状態における絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路内の電流経路の説明図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置内の制御ユニットが実行する実行比率変更処理の流れ図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図９】図９は、４つの双方向スイッチング素子で構成された第２フルブリッジインバータ回路を備えた絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路に対する従来の制御内容を説明するための電流経路図である。
【図１０】図１０は、第２フルブリッジインバータ回路内の各双方向スイッチング素子の従来の制御によるＯＮ／ＯＦＦ状態の説明図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置における第２フルブリッジインバータ回路の制御内容を説明するための電流経路図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した各状態における第２フルブリッジインバータ回路内の各双方向スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態の説明図である。
【図１３】図１３は、第１、第２実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の変形例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下で説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００２３】
《第１実施形態》
図３に、本発明の第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成を示す。
【００２４】
本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置（以下、変換装置とも表記する）は、双方向のＤＣ／ＤＣ変換を行うための装置であり、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０と制御ユニット２０とを備える。
【００２５】
変換装置が備える絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０は、スイッチング素子（本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ４を組み合わせた第１フルブリッジインバータ回路１１と、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を組み合わせた第２フルブリッジインバータ回路１２とを、トランスＴＲを介して接続した回路である。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６が、ハイサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ７、Ｑ８が、ローサイドスイッチング素子である。
【００２６】
図示してあるように、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０の第１フルブリッジインバータ回路１１とトランスＴＲとは、インダクタＬを介して接続されている。また、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０の第１フルブリッジインバータ回路１１の入出力端子間、第２フルブリッジインバータ回路１２の入出力端子間には、それぞれ、コンデンサＣ１、Ｃ２が配置されている。
【００２７】
制御ユニット２０は、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０を、
第１フルブリッジインバータ回路１１側が１次側（入力側）の昇圧回路、第２フルブリッジインバータ回路１２側が１次側（入力側）の降圧回路として機能させるユニットである。この制御ユニット２０は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）とその周辺回路から構成されている。また、制御ユニット２０には、変換装置内の各所に設けられたセンサ（電流センサ、電圧センサ；図示略）の出力が入力されている。
【００２８】
以下、制御ユニット２０の機能を具体的に説明する。
制御ユニット２０は、第１フルブリッジインバータ回路１１への入力電圧の昇圧時（絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０に昇圧動作を行わせる場合）に、図４に示したようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を制御するように構成（プログラミング）されている。
【００２９】
すなわち、第１フルブリッジインバータ回路１１への入力電圧の昇圧時（以下、単に“昇圧時”とも表記する）、制御ユニット２０は、一次側の第１フルブリッジインバータ回路１１内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対しては、従来（図２）と同じ制御を行う。
【００３０】
制御ユニット２０は、二次側の第２フルブリッジインバータ回路１２内のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に対しては、従来（図２）とは異なる制御を行う。具体的には、図４に示してあるように、制御ユニット２０は、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６とをＯＦＦに維持してスイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８とを交互に（順次）ＯＮ／ＯＦＦする第１制御と、スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８とをＯＦＦに維持してスイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ５とを交互にＯＮ／ＯＦＦする第２制御とを、交互に行う。
【００３１】
図４と図２とを比較すれば明らかなように、第１制御は、第２フルブリッジインバータ回路１２内のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ６に対して周期的に行われていた制御と同じ制御である。また、第２制御は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の代わりに、それぞれ、スイッチング素子Ｑ６、Ｑ５が制御されるように第１制御を変形した処理となっている。
【００３２】
上記した、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に対する第１又は第２制御とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する制御とにより形成される状態１〜１２における絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０内の電流経路は、図５に示したものとなる。なお、図５において、破線円で囲ってあるスイッチング素子が、ＯＮとなっているスイッチング素子である。
【００３３】
この図５から明らかなように、第２制御により形成される状態５では、第１制御により形成される状態１１と同じ経路で二次側を電流が流れる（図５（Ａ）、（Ｇ）参照）。また、第２制御により形成される状態６では、第１制御により形成される状態１２と同様に、二次側を電流が流れない（図５（Ｂ）、（Ｈ）参照）。
【００３４】
第２制御により形成される状態７では、第１制御により形成される状態１と同様に、二次側を電流が環流する（図５（Ｃ）、（Ｉ）参照）。第２制御により形成される状態８では、第１制御により形成される状態２と同じ経路で二次側を電流が流れる（図５（Ｄ）、（Ｊ）参照）。また、第２制御により形成される状態９では、第１制御により形成される状態３と同様に、二次側を電流が流れない（図５（Ｄ）、（Ｋ）参照）。
【００３５】
そして、第２制御により形成される状態１０では、第１制御により形成される状態４と同様に、二次側を電流が環流する（図５（Ｅ）、（Ｌ）参照）。
【００３６】
従って、第１制御を繰り返す（図２参照）代わりに、第１制御と第２制御とを交互に行っても、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０を、第１フルブリッジインバータ回路１１側が入力側の昇圧回路として機能させることができる。そして、第１制御と第２制御とを
交互に行えば、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８の温度がほぼ均等に上昇するのであるから、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置によれば、ローサイドスイッチング素子Ｑ７及びＱ８の温度上昇を抑制することができる。また、その結果として、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、連続動作可能な条件（昇圧比範囲等）が従来の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置よりも広い装置として機能することになる。
【００３７】
《第２実施形態》
図６に、本発明の第２実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成を示す。以下、上記した第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置と異なる点を中心に、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の構成及び機能を説明する。
【００３８】
上記した第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置（以下、第１変換装置とも表記する）では、スイッチング素子間に特性のバラツキがある場合や、各スイッチング素子の放熱に関する環境が異なっている場合には、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度がほぼ同温度とならないことがあり得る。本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置（以下、第２変換装置とも表記する）は、そのような場合にも、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度をほぼ同温度とすることができるように、第１変換装置を変形したものである。
【００３９】
具体的には、図６に示してあるように、第２変換装置は、第１変換装置と同様のハードウェア構成を有する装置である。ただし、第２変換装置には、ローサイドスイッチング素子Ｑ７及びＱ８の温度Ｔ１を測定するための温度センサ３１、及び、ハイサイドスイッチング素子Ｑ５及びＱ６の温度Ｔ２を測定するための温度センサ３２が、設けられている。
【００４０】
第２変換装置の制御ユニット２０も、第１変換装置の制御ユニット２０と同様に、昇圧時に、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に対して第１制御と第２制御とを行うものである。ただし、第２変換装置の制御ユニット２０には、第１制御の実行比率を状況に応じて変更する機能が付与されている。ここで、第１制御の実行比率とは、或る期間内の第１制御、第２制御の実行回数を、それぞれ、Ｎ１、Ｎ２と表記すると、Ｎ１／（Ｎ１＋Ｎ２）のことである。
【００４１】
具体的には、第２変換装置の制御ユニット２０は、第１制御の実行比率がＲである場合、Ｒ・Ｋ回、第１制御を行ってから、（１−Ｒ）・Ｋ回、第２制御を行う処理を繰り返すように構成されている。なお、Ｋは、Ｒ・Ｋ値及び（１−Ｒ）・Ｋ値を整数化するための比例係数である。
【００４２】
また、制御ユニット２０は、図７に示した手順の実行比率変更処理を周期的に行うことにより、第１制御の実行比率を変更（決定）するように構成されている。
【００４３】
すなわち、この実行比率変更処理時、制御ユニット２０は、まず、温度センサ３１及び３２から、ローサイドスイッチング素子Ｑ７及びＱ８の温度Ｔ１とハイサイドスイッチング素子Ｑ５及びＱ６の温度Ｔ２とを取得する（ステップＳ１０１）。
【００４４】
次いで、制御ユニット２０は、“Ｔ１−Ｔ２＞第１閾値”が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、第１閾値とは、ハイサイドスイッチング素子Ｑ５及びＱ６の温度を上昇させる温度差（“Ｔ１−Ｔ２”）の下限値として予め定められている正の値のことである。
【００４５】
制御ユニット２０は、“Ｔ１−Ｔ２＞第１閾値”が成立していた場合（ステップＳ１０２）には、第１制御の実行比率を所定量低下させる（ステップＳ１０３）。このステップ
Ｓ１０３の処理は、第１制御の実行比率を一段階低下させる処理であってもよい。そして、ステップＳ１０３の処理を終えた制御ユニット２０は、この実行比率変更処理を終了すると共に、変更後の第１制御の実行比率でスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する状態となる。
【００４６】
また、制御ユニット２０は、“Ｔ１−Ｔ２＞第１閾値”が成立していなかった場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、“Ｔ１−Ｔ２＜第２閾値”が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで、第２閾値とは、ローサイドスイッチング素子Ｑ７及びＱ８の温度を上昇させる温度差（“Ｔ１−Ｔ２”）の上限値として予め定められている負の値のことである。
【００４７】
“Ｔ１−Ｔ２＜第２閾値”が成立していた場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御ユニット２０は、第１制御の実行比率を所定量増加させる（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５の処理も、第１制御の実行比率を一段階上昇させる処理であってもよい。そして、制御ユニット２０は、実行比率変更処理を終了すると共に、変更後の第１制御の実行比率でスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する状態となる。
【００４８】
制御ユニット２０は、“Ｔ１−Ｔ２＜第２閾値”が成立していなかった場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、第１制御の実行比率を変更することなく、この実行比率変更処理を終了する。すなわち、この場合、制御ユニット２０は、それまでと同じ実行比率でスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御し続ける。
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子との間の温度差“Ｔ１−Ｔ２”を第２閾値から第１閾値までの値に維持する構成を有している。従って、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置によれば、スイッチング素子間に特性のバラツキがある場合や、各スイッチング素子の放熱に関する環境が異なっている場合にも、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度をほぼ同温度とすることができる。
【００５０】
《第３実施形態》
図８に、本発明の第３実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の概略構成を示す。
【００５１】
図８に示してあるように、第３実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置（以下、第３変換装置とも表記する）は、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂと制御ユニット２０ｂとを備える。絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂは、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０（図１参照）の第２フルブリッジインバータ回路１２を、４つの双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８で構成されたフルブリッジインバータ回路に置換した回路である。なお、図８には、第２フルブリッジインバータ回路１２を構成する各双方向スイッチング素子としてトライアックを示してあるが、各双方向スイッチング素子は、トライアック以外の双方向スイッチング素子（単方向スイッチング素子を逆並列接続した双方向スイッチング素子等）であっても良い。
【００５２】
制御ユニット２０ｂは、第１変換装置（第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置）の制御ユニット２０と同様に、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂを、第１フルブリッジインバータ回路１１（図示略）側が１次側の昇圧回路、第２フルブリッジインバータ回路１２側が１次側の降圧回路として機能させるユニットである。
【００５３】
この制御ユニット２０ｂによる絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂの制御内容を説
明する前に、昇圧動作を行わせた際に絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂにて、従来、発生していた問題について説明する。
【００５４】
従来、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂに昇圧動作を行わせる場合には、各状態における第２フルブリッジインバータ回路１２内の電流経路が図９に示したものとなるように、双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８が制御されていた。なお、図９内の各電流経路図の下方に示してある“状態ｎ”（状態１、状態２等）は、図４における“状態ｎ”に対応する状態（正確には、図４における“状態ｎ”と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦ状態及びＩＬの状況（上昇中、下降中等）が同じ状態）である。
【００５５】
すなわち、従来、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂに昇圧動作を行わせる場合には、状態１、２、４、５が、それぞれ、状態７、８、１０、１１と同一となる制御であると共に、双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８が図１０に示したようにＯＮ／ＯＦＦされる制御が行われていた。
【００５６】
そのような制御が行われると、図１０から明らかなように、各ローサイドスイッチング素子（双方向スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８）がオンとなっている時間が、各ハイサイドスイッチング素子（双方向スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６）がオンとなっている時間よりも長くなる。そのため、従来の制御で絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂに昇圧動作を行わせた場合、各ローサイドスイッチング素子の温度が高くなり易く、その結果として、ローサイドスイッチング素子の温度で連続運転可能な条件が制限されるという問題が生じていた。
【００５７】
以下、制御ユニット２０ｂによる絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂの制御内容を説明する。
【００５８】
上記問題を解決するために、第３変換装置の制御ユニット２０ｂは、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂに昇圧動作を行わせる場合、各状態における第２フルブリッジインバータ回路１２内の電流経路が図１１に示したものとなるように双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御するように構成されている。なお、図９と同様に、図１１内の各電流経路図の下方に示してある“状態ｎ”は、図４における“状態ｎ”に対応する状態である。
【００５９】
すなわち、制御ユニット２０ｂは、以下の２制御を交互に行うように構成されている。・第２フルブリッジインバータ回路１２内を電流が環流するときに当該電流が双方向スイッチング素子Ｑ７と双方向スイッチング素子Ｑ８とを通る形で、トランスＴＲの出力が整流されるように双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する第１制御（図１１（ａ）〜（ｄ））
・第２フルブリッジインバータ回路１２内を電流が環流するときに当該電流が双方向スイッチング素子Ｑ５と双方向スイッチング素子Ｑ６とを通る形で、トランスＴＲの出力が整流されるように双方向スイッチング素子を制御する第２制御（図１１（ｅ）〜（ｆ））
【００６０】
図１２に、図１１に電流経路を示した各状態における双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。この図１２から明らかなように、第１制御と第２制御とが交互に行われれば（図１１に示してあるように、第２フルブリッジインバータ回路１２内の電流経路が制御されれば）、各ローサイドスイッチング素子（双方向スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８）がオンとなっている時間が、各ハイサイドスイッチング素子（双方向スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６）がオンとなっている時間と一致する。
【００６１】
従って、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置では、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１０ｂの昇圧動作時に、第２フルブリッジインバータ回路１２内の各双方向
スイッチング素子の温度がほぼ均等に上昇する。また、その結果として、本実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、連続動作可能な条件（昇圧比範囲等）が従来の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置よりも広い装置として機能することになる。
【００６２】
《変形形態》
上記した各実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置は、各種の変形を行えるものである。例えば、第１実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御ユニット２０を、第１制御と第２制御とをＭ（≧２）回ずつ実行するユニットに変形してもよい。また、第２実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御ユニット２０を、第１制御の実行比率を目標値とするために、上記したものとは異なる順番で第１制御と第２制御とを実行するユニットに変形してもよい。第３実施形態に係る絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置の制御ユニット２０ｂに、ローサイドスイッチング素子の温度Ｔ１とハイサイドスイッチング素子の温度Ｔ２とがほぼ同一温度となるように、第１制御の実行比率を変更する機能を付与してもよい。
【００６３】
また、第１、第２実施形態の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置を、以下のように変形してもよい。
（１）第２フルブリッジインバータ回路１２を、図８に示した構成の回路、すなわち、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に、それぞれ、スイッチング素子Ｑ５ｂ〜Ｑ８ｂが逆並列接続された構成の回路に変形する。なお、図８には、各スイッチング素子がＩＧＢＴである第２フルブリッジインバータ回路１２を示してあるが、各スイッチング素子は、他の半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ等）であってもよい。また、スイッチング素子Ｑ５ｂ〜Ｑ８ｂは、トライアック（双方向３端子サイリスタ）等の双方向スイッチング素子であってもよい。
（２）制御ユニット２０を、昇圧時に、上記した制御（第１制御、第２制御を選択的に実行する制御）に加えて、状態１〜１２（図４参照）のそれぞれにおける第２フルブリッジインバータ回路１２内の電流経路が図５に示したものとなるようにスイッチング素子Ｑ５ｂ〜Ｑ８ｂをＯＮ／ＯＦＦする制御を行うものに変形する。
【００６４】
一般に、電流がスイッチング素子Ｑ５ｂ等を流れる場合の損失は、同電流がダイオードを流れる場合の損失よりも少ないので、各実施形態の絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置を、上記のように変形しておけば、より変換効率の高い絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、１０ｂ  絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路
１１  第１フルブリッジインバータ回路
１２  第２フルブリッジインバータ回路
２０、２０ｂ  制御ユニット
３１、３２  温度センサ
【図１】
2019058001.tif 000003
【図２】
2019058001.tif 000004
【図３】
2019058001.tif 000005
【図４】
2019058001.tif 000006
【図５】
2019058001.tif 000007
【図６】
2019058001.tif 000008
【図７】
2019058001.tif 000009
【図８】
2019058001.tif 000010
【図９】
2019058001.tif 000011
【図１０】
2019058001.tif 000012
【図１１】
2019058001.tif 000013
【図１２】
2019058001.tif 000014
【図１３】
2019058001.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月23日(2018.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ただし、スイッチング素子間に特性のバラツキがある場合や、各スイッチング素子の放熱に関する環境が異なっている場合には、上記構成では、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度がほぼ同温度とならない場合もある。『前記制御部は、前記第７及び第８スイッチング素子の温度Ｔ１、及び、前記第５及び第６スイッチング素子の温度Ｔ２を取得し、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以上の第１所定値以上である場合には、前記出力側制御として前記第１制御を行う割合である第１制御実行比率を減らし、“Ｔ１−Ｔ２”が、０以下の第２所定値未満である場合には、前記第１制御実行比率を増やす』構成を採用しておけば、上記のような場合にも、昇圧動作時に、ローサイドスイッチング素子とハイサイドスイッチング素子の温度がほぼ同温度となる絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換装置を得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
すなわち、制御ユニット２０ｂは、以下の２制御を交互に行うように構成されている。・第２フルブリッジインバータ回路１２内を電流が環流するときに当該電流が双方向スイッチング素子Ｑ７と双方向スイッチング素子Ｑ８とを通る形で、トランスＴＲの出力が整流されるように双方向スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を制御する第１制御（図１１（ａ）〜（ｄ））
・第２フルブリッジインバータ回路１２内を電流が環流するときに当該電流が双方向スイッチング素子Ｑ５と双方向スイッチング素子Ｑ６とを通る形で、トランスＴＲの出力が整流されるように双方向スイッチング素子を制御する第２制御（図１１（ｅ）〜（ｈ））
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2019058001.tif 000016