(57)【要約】【課題】ハーフブリッジの直列入力コンデンサにおいて、一方のコンデンサの短絡発生時に他方のコンデンサを保護する。【解決手段】ハーフブリッジ４０は、コンデンサＣ２及びＣ３の直列接続回路から成る入力コンデンサ部ＣＣの蓄積直流電圧を用い、スイッチング動作により、中性点ＮＰの電位を基準に交流電圧ＶAC2を生成及び出力する。通常、交流電源（商用電源）ＡＣＰからの交流入力（ＶAC1）に基づくＡＣ駆動によって交流電圧ＶAC2が生成されるが、停電発生時には、蓄電池２０の出力の昇圧電圧にて入力コンデンサ部ＣＣが充電されて交流電圧ＶAC2が生成される（ＤＣ駆動）。昇圧コンバータ３０のトランスＴ１の二次側巻線にタップ３３を設け、タップ３３及び中性点ＮＰ間にスイッチＳＷ１を設ける。スイッチＳＷ１は、ＤＣ駆動時にはオンとされ、ＡＣ駆動時にはオフとされる。【選択図】図２
2015033216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する直流電源と、
トランスを用いたＤＣ／ＤＣ変換動作によって前記直流電源の出力から他の直流電圧を生成可能なＤＣ／ＤＣ変換回路と、
互いに直列接続された２つの入力コンデンサから成る入力コンデンサ部を有し、前記入力コンデンサ部の蓄積直流電圧に対するスイッチング動作により前記２つの入力コンデンサ間の中性点の電位を基準に出力交流電圧を生成するハーフブリッジと、を備え、
前記入力コンデンサ部を前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力コンデンサとして兼用し、
入力交流電圧の供給を受けて前記入力交流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＡＣ駆動、又は、前記ＤＣ／ＤＣ変換動作による前記他の直流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＤＣ駆動を切り替えて実行する電源装置であって、
前記トランスの二次側巻線に設けられたタップと前記中性点との間にスイッチを設けた
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチは、前記ＤＣ駆動の際にはオンとされる一方、前記ＡＣ駆動の際にはオフとされる
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記タップはセンタータップであって、前記ＤＣ駆動の際には前記スイッチを介して前記センタータップの電位が前記中性点に加わる
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記入力交流電圧の供給があるときには前記ＡＣ駆動を実行する一方、前記供給が途絶えているときには前記ＤＣ駆動を実行する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流負荷への交流出力を得るために、ハーフブリッジ（ハーフブリッジインバータ回路）を用いる方法がある。或るハーフブリッジでは、図６に示す如く、直列接続された２つのコンデンサ（以下、直列入力コンデンサという）を２つの直流電圧源として用い、直列入力コンデンサの蓄積直流電圧に対してスイッチング動作を行うことで、２つのコンデンサ間の中性点を基準に交流電圧を得る。
【０００３】
また、ハーフブリッジの直列入力コンデンサに無停電で電力を供給する回路に対し、力率改善制御を適用する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０-２４８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
普段は商用電源の出力を用いて整流を介し直列入力コンデンサを充電する一方、停電発生時には、蓄電池等の出力を昇圧して直列入力コンデンサに供給することで、無停電電源装置を形成することもできる。この場合、ハーフブリッジの直列入力コンデンサが、昇圧コンバータの出力コンデンサとして兼用されることになる（図７参照）。
【０００６】
しかしながら、このような兼用を行った場合において、直列入力コンデンサを形成する一方のコンデンサが半田ドロス等によって短絡すると、短絡していない他方のコンデンサに対して直流出力の全電圧（昇圧コンバータの出力全電圧）が加わり、当該コンデンサの破損（防爆弁が開く等）又は劣化を招きうる。
【０００７】
そこで本発明は、ハーフブリッジ内の入力コンデンサをＤＣ／ＤＣ変換回路の出力コンデンサとして兼用した場合における入力コンデンサの保護に寄与する電源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】
【０００８】
本発明に係る電源装置は、直流電圧を出力する直流電源と、トランスを用いたＤＣ／ＤＣ変換動作によって前記直流電源の出力から他の直流電圧を生成可能なＤＣ／ＤＣ変換回路と、互いに直列接続された２つの入力コンデンサから成る入力コンデンサ部を有し、前記入力コンデンサ部の蓄積直流電圧に対するスイッチング動作により前記２つの入力コンデンサ間の中性点の電位を基準に出力交流電圧を生成するハーフブリッジと、を備え、前記入力コンデンサ部を前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力コンデンサとして兼用し、入力交流電圧の供給を受けて前記入力交流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＡＣ駆動、又は、前記ＤＣ／ＤＣ変換動作による前記他の直流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＤＣ駆動を切り替えて実行する電源装置であって、前記トランスの二次側巻線に設けられたタップと前記中性点との間にスイッチを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ハーフブリッジ内の入力コンデンサをＤＣ／ＤＣ変換回路の出力コンデンサとして兼用した場合における入力コンデンサの保護に寄与する電源装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係り、ＡＣ駆動時に有意に機能する部分の回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係り、ＤＣ駆動時に有意に機能する部分の回路図である。
【図５】トランスの二次側タップを中性点に常時接続していた場合の動作を説明するための図である。
【図６】従来技術に係るハーフブリッジの回路図である。
【図７】ハーフブリッジの直列入力コンデンサを昇圧コンバータの出力コンデンサとして兼用した回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００１２】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る電源装置１の概略構成図である。電源装置１は、直流電源２、ＤＣ／ＤＣ変換回路３、ハーフブリッジ４、インバータ制御部５、制御部６及びスイッチＳＷを備え、電源装置１に対して交流負荷ＬＤ及び交流電源ＡＣＰが接続される。
【００１３】
直流電源２は、直流電圧ＶDC1を出力する電源である。例えば、直流電源２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池から成り、当該蓄電池の出力電圧を直流電圧ＶDC1として出力する。或いは例えば、直流電源２は、自然エネルギ（太陽光、水力、風力、地熱など）に基づく発電を行って当該発電にて得た直流電圧を直流電圧ＶDC1として出力する。直流電源２は、この他の任意のエネルギ源を用いて直流電圧ＶDC1を出力するものであっても良い。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣ変換回路（直流／直流変換回路）３は、トランスＴを有し、トランスＴを用いたＤＣ／ＤＣ変換動作（直流／直流変換動作）によって直流電圧ＶDC1を他の直流電圧ＶDC2に変換する。トランスＴの一次側及び二次側に設けられた巻線を、夫々、一次側巻線及び二次側巻線と呼ぶ。ＤＣ／ＤＣ変換動作では、直流電圧ＶDC1に基づくエネルギが一次側巻線に供給され、当該エネルギが二次側巻線に伝達される。二次側巻線に伝達されたエネルギが整流されることで直流電圧ＶDC2が得られる。ＤＣ／ＤＣ変換回路３は、昇圧型のＤＣ／ＤＣ変換回路である（即ち、ＶDC2＞ＶDC1＞０；単位はボルト）。但し、直流電圧ＶDC1及びＶDC2によっては、ＤＣ／ＤＣ変換回路３は降圧型のＤＣ／ＤＣ変換回路となりうる（即ち、“ＶDC1＞ＶDC2＞０”となりうる；単位はボルト）。
【００１５】
ハーフブリッジ（ハーフブリッジインバータ回路）４は、互いに直列接続された２つのコンデンサ（入力コンデンサ）Ｃ２及びＣ３から成る入力コンデンサ部ＣＣを有する。コンデンサＣ２及びＣ３の夫々は、複数のコンデンサを並列接続したものから形成されていても良い。コンデンサＣ２及びＣ３の夫々は、任意の種類のコンデンサ（例えばアルミ電解コンデンサ）から成る。コンデンサＣ２及びＣ３の静電容量は互いに同じであると良い。コンデンサＣ２の負極とコンデンサＣ３の正極が互いに中性点ＮＰにて接続されており、入力コンデンサ部ＣＣの蓄積直流電圧（即ち、コンデンサＣ２の正極及びコンデンサＣ３の負極間の電圧）に対するスイッチング動作により、ハーフブリッジ４の出力交流電圧ＶAC2が生成される。
【００１６】
例えば、複数のスイッチング素子の直列接続回路を有するスイッチング部ＳＳをハーフブリッジ４に設けてスイッチング部ＳＳを入力コンデンサ部ＣＣに対して並列に接続しておく。そして、インバータ制御部５がスイッチング部ＳＳ内の各スイッチング素子のオン／オフを制御することで、交流電圧ＶAC2を得るためのスイッチング動作を実現すれば良い。尚、インバータ制御部５は、ハーフブリッジ４の一部であると考えても良い。
【００１７】
図１の例では、スイッチング素子ＳＷA及びＳＷBの直列接続回路が入力コンデンサ部ＣＣに対して並列に接続されている。この場合、スイッチング動作では、スイッチング素子ＳＷA及びＳＷBを交互にオンすることで、中性点ＮＰの電位を基準に、スイッチング素子ＳＷA及びＳＷB間の接続点を通じて交流電圧ＶAC2を出力することが可能である。
【００１８】
ハーフブリッジ４は、入力コンデンサ部ＣＣを有して形成される任意の形態のハーフブリッジであって良い。ハーフブリッジの回路構成として様々な回路構成が提案されており、公知の任意のハーフブリッジの回路構成をハーフブリッジ４に適用してよい。
【００１９】
交流負荷ＬＤは、ハーフブリッジ４に設けられた端子ＴＭ１及びＴＭ２間に接続され、端子ＴＭ１及びＴＭ２間に加わる出力交流電圧ＶAC2にて駆動する任意の負荷である。端子ＴＭ１は中性点ＮＰに接続される。故に、出力交流電圧ＶAC2は中性点ＮＰの電位を基準とした交流電圧と言える。図１の例において、端子ＴＭ２は、インダクタを介してスイッチング素子ＳＷA及びＳＷB間の接続点に接続されている。
【００２０】
交流電源ＡＣＰは、商用交流電源などから成り、所定の周波数を有する交流電圧（入力交流電圧）ＶAC1を電源装置１に供給する。実際には、交流電圧ＶAC1は、中性点ＮＰの電位を基準としてハーフブリッジ４に供給される。但し、停電の発生時などにおいて、ハーフブリッジ４に対する交流電圧ＶAC1の供給は遮断される。
【００２１】
電源装置１においては、ＡＣ駆動又はＤＣ駆動が択一的に実行される。ＡＣ駆動は、電源装置１及びハーフブリッジ４に対して交流電圧ＶAC1が供給されているときに実行される。ＡＣ駆動では、交流電圧ＶAC1に基づきコンデンサＣ２及びＣ３を充電して上記スイッチング動作を介し出力交流電圧ＶAC2を生成する。当該充電を実現するために、交流電圧ＶAC1を整流する整流素子をハーフブリッジ４に設けておけばよい。電源装置１及びハーフブリッジ４に対する交流電圧ＶAC1の供給が途絶えているときにＤＣ駆動を実行できる。ＤＣ駆動では、ＤＣ／ＤＣ変換動作によって生成された直流電圧ＶDC2に基づきコンデンサＣ２及びＣ３を充電して上記スイッチング動作を介し出力交流電圧ＶAC2を生成する。これを実現するために、ＤＣ／ＤＣ変換回路３からの直流電圧ＶDC2が入力コンデンサ部ＣＣに印加されるように（コンデンサＣ２の正極及びコンデンサＣ３の負極間に印加されるように）構成しておく。即ち、電源装置１では、ハーフブリッジ４の入力コンデンサ部ＣＣがＤＣ／ＤＣ変換回路３の出力コンデンサとして兼用されている。
【００２２】
制御部６は、ハーフブリッジ４に対して交流電圧ＶAC1が供給されているときにはＤＣ／ＤＣ変換動作が停止され、且つ、ハーフブリッジ４に対する交流電圧ＶAC1の供給が途絶えているときにはＤＣ／ＤＣ変換動作が実行されるようにＤＣ／ＤＣ変換回路３を制御する。これにより、電源装置１を、いわゆる無停電電源装置として機能させることができる。例えば、制御部６は、交流電源ＡＣＰからハーフブリッジ４に出力される電圧又は電流を監視し、監視結果を用いてハーフブリッジ４に交流電圧ＶAC1が供給されているか否かを認識できる。
【００２３】
ＤＣ駆動時において、コンデンサＣ２及びＣ３はＤＣ／ＤＣ変換回路３の出力電圧ＶDC2を分圧している状態にあるが、コンデンサＣ２及びＣ３の一方が半田ドロス等により短絡すると（即ち、コンデンサＣ２の正極及び負極間又はコンデンサＣ３の正極及び負極間が短絡すると）、短絡が生じていない他方のコンデンサに対し、ＤＣ／ＤＣ変換回路３の全出力電圧（ＶDC2）が加わりうる。結果、その他方のコンデンサに加わる電圧が、当該コンデンサの定格電圧を上回って当該コンデンサの破損（防爆弁が開く等）又は劣化を招きうる。コンデンサＣ２及びＣ３の定格を十分に上げれば、そのような問題は解消するが、定格をあげることは、コンデンサのサイズ増大及びコスト増大を招くため採用しがたい。
【００２４】
これを考慮し、電源装置１では、トランスＴの二次側巻線にタップＴＰを設け、タップＴＰと中性点ＮＰを接続できるようにしておく。タップＴＰを中性点ＮＰに接続するようにすれば、コンデンサＣ２及びＣ３の一方に短絡が生じたとき、他方のコンデンサには、ＤＣ／ＤＣ変換回路３の全出力の分圧が加わるようになる。結果、コンデンサＣ２及びＣ３の定格を上げずとも、コンデンサの短絡発生時における保護（防爆弁が開く等に対する保護）が実現される。
【００２５】
但し、タップＴＰを中性点ＮＰに常時接続していたならば、ＡＣ駆動時にトランス側に電流が流れるため、ＡＣ駆動の動作が不安定となったり、ＤＣ／ＤＣ変換回路３の一次側回路に悪影響が及んだりすることがある。
【００２６】
そこで、電源装置１では、タップＴＰと中性点ＮＰとの間にスイッチＳＷを設けている。任意の種類の半導体スイッチング素子又は機械式スイッチにより、スイッチＳＷを形成することができる。そして、ＤＣ駆動時には、スイッチＳＷをオンとすることでタップＴＰをスイッチＳＷを介して中性点ＮＰに接続する一方、ＡＣ駆動時には、スイッチＳＷをオフとすることでタップＴＰ及び中性点ＮＰ間を遮断する。これにより、ＡＣ駆動時の安定動作を確保しつつ、ＤＣ駆動時において一方のコンデンサ（Ｃ２又はＣ３）が短絡されても、他方のコンデンサに過大な電圧が加わることを回避できる。
【００２７】
トランスＴは、センタータップ付きトランスであると良く、従って、タップＴＰは、トランスＴの二次側巻線の中央に設けられたセンタータップであって良い。この場合、ＤＣ駆動の際には、スイッチＳＷを介してセンタータップの電位が中性点ＮＰに加わる。結果、ＤＣ駆動時において、交流電圧ＶAC2の中点電位がセンタータップの電位で固定されることになり、交流電圧ＶAC2の特性が安定する（当該固定が無い場合、交流電圧ＶAC2に大きな歪みが発生することがある）。
【００２８】
制御部６は、ＤＣ駆動時にスイッチＳＷがオンとなり且つＡＣ駆動時にスイッチＳＷがオフとなるようにスイッチＳＷを制御する。例えば、制御部６は、交流電源ＡＣＰからハーフブリッジ４に出力される電圧又は電流を監視して監視結果に基づきハーフブリッジ４に交流電圧ＶAC1が供給されているか否かを認識する。そして、制御部６は、ハーフブリッジ４に交流電圧ＶAC1が供給されている場合にはスイッチＳＷをオフとすると共にＤＣ／ＤＣ変換回路３によるＤＣ／ＤＣ変換動作を停止させ、ハーフブリッジ４に交流電圧ＶAC1が供給されていない場合にはスイッチＳＷをオンとすると共にＤＣ／ＤＣ変換回路３にＤＣ／ＤＣ変換動作を実行させる。
【００２９】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は第１実施形態を基礎とする実施形態であり、第２実施形態において特に述べない事項に関しては、特に記述無き限り且つ矛盾の無い限り、第１実施形態の記載が第２実施形態にも適用される。
【００３０】
図２は、第２実施形態に係る電源装置１０の回路図である。電源装置１０は、図１の電源装置１の一具体例に相当し、無停電電源装置として機能できる。電源装置１０は、図２に示す各部位を備えている。但し、商用交流電源等の交流電源ＡＣＰ及び交流負荷ＬＤは電源装置１０の構成要素ではない。
【００３１】
蓄電池２０は、図１の直流電源２の例である。蓄電池２０は、正極端子及び負極端子を有し、自身の蓄電による電圧を、負極端子を基準として正極及び負極端子から出力する。尚、蓄電池２０に対してコンデンサＣ１が並列接続されている。
【００３２】
昇圧コンバータ３０は、図１のＤＣ／ＤＣ変換回路３の例である。昇圧コンバータ３０は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるトランジスタＱ１及びＱ２と、トランスＴ１と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、コンバータ制御ドライバ３１とから成る。トランジスタＱ１及びＱ２の夫々には、ソースからドレインに向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが付与されている（後述のトランジスタＱ５についても同様）。トランスＴ１の一次側巻線にはセンタータップとしてのタップ３２が設けられており、且つ、トランスＴ１の二次側巻線にもセンタータップとしてのタップ３３が設けられている。トランスＴ１は、図１のトランスＴの例であり、タップ３３は、図１のタップＴＰの例である。
【００３３】
トランスＴ１の一次側巻線の両端の内、一端はトランジスタＱ１のドレインに接続され、他端はトランジスタＱ２のドレインに接続されている。トランスＴ１の一次側巻線の両端間に設けられたタップ３２は、蓄電池２０の正極端子に接続されている。トランジスタＱ１及びＱ２のソースは蓄電池２０の負極端子に接続されている。トランスＴ１の二次側巻線の両端の内、一端はダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ３のカソードに接続され、他端はダイオードＤ２のアノード及びダイオードＤ４のカソードに接続される。トランスＴ１の二次側巻線の両端間に設けられたタップ３３は、スイッチＳＷ１の一端に接続され、スイッチＳＷ１の他端は中性点ＮＰに接続される。ダイオードＤ１及びＤ２のカソードはコンデンサＣ２の正極に共通接続され、ダイオードＤ３及びＤ４のアノードはコンデンサＣ３の負極に共通接続される。
【００３４】
コンバータ制御ドライバ３１は、所定周波数でトランジスタＱ１及びＱ２が交互にオンとなるように（即ち、トランジスタＱ１がオン且つトランジスタＱ２がオフとなる状態とトランジスタＱ１がオフ且つトランジスタＱ２がオンとなる状態とが交互に発生するように）トランジスタＱ１及びＱ２の各ゲート電位を制御することで、上述のＤＣ／ＤＣ変換動作を実現する。トランジスタＱ１がオンのとき、タップ３２からトランジスタＱ１に向かう電流が蓄電池２０から供給され、この電流の流れに応答して、二次側ではダイオードＤ２から入力コンデンサ部ＣＣを通じダイオードＤ３へ向かう電流が流れてコンデンサＣ２及びＣ３が充電される。トランジスタＱ２がオンのとき、タップ３２からトランジスタＱ２に向かう電流が蓄電池２０から供給され、この電流の流れに応答して、二次側ではダイオードＤ１から入力コンデンサ部ＣＣを通じダイオードＤ４へ向かう電流が流れてコンデンサＣ２及びＣ３が充電される。
【００３５】
ハーフブリッジ４０は、図１のハーフブリッジ４の例であり、インバータ制御部５０は、図１のインバータ制御部５の例である。ハーフブリッジ４０は、入力コンデンサ部ＣＣと、ダイオードＤ９及びＤ１０と、Ｎチャネル型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であるトランジスタＱ３及びＱ４と、インダクタＬ１及びＬ２と、双方向スイッチ４１と、から形成される。
【００３６】
コンデンサＣ２の正極はトランジスタＱ３のコレクタに接続され、コンデンサＣ３の負極はトランジスタＱ４のエミッタに接続される。トランジスタＱ３のエミッタ及びトランジスタＱ４のコレクタはインダクタＬ２の一端に共通接続され、インダクタＬ２の他端がハーフブリッジ４０の端子（出力端子）ＴＭ２に接続される。また、ハーフブリッジ４０の端子（入出力端子）ＴＭ１は、中性点ＮＰに接続される。
【００３７】
ハーフブリッジ４０は、インバータ制御部５０の制御の下、入力コンデンサ部ＣＣの蓄積直流電圧（即ち、コンデンサＣ２の正極及びコンデンサＣ３の負極間の電圧）に対してスイッチング動作を行うことで、交流電圧ＶAC2を生成する。端子ＴＭ１及びＴＭ２間にハーフブリッジ４０の出力交流電圧ＶAC2が加わる。交流負荷ＬＤは端子ＴＭ１及びＴＭ２間に接続され、交流電圧ＶAC2にて駆動する。
【００３８】
ハーフブリッジ４０のスイッチング動作では、所定周波数でトランジスタＱ３及びＱ４が交互にオンとなるように（即ち、トランジスタＱ３がオン且つトランジスタＱ４がオフとなる状態とトランジスタＱ３がオフ且つトランジスタＱ４がオンとなる状態とが交互に生じるように）、インバータ制御部５０によりトランジスタＱ３及びＱ４のゲート電位が制御される。トランジスタＱ３がオンのとき、インダクタＬ２を通じ、中性点ＮＰの電位から見た端子ＴＭ２の電位が正となり、トランジスタＱ４がオンのとき、インダクタＬ２を通じ、中性点ＮＰの電位から見た端子ＴＭ２の電位が負となる。インバータ制御部５０は、所望の交流電圧がハーフブリッジ４０から出力されるよう、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御等を用い、トランジスタＱ３及びＱ４のオン／オフを制御する。
【００３９】
交流電源ＡＣＰからの交流電圧ＶAC1は、端子ＴＭ１の電位（従って中性点ＮＰの電位）を基準としてインダクタＬ１の一端に加わる。インダクタＬ１の他端は、ダイオードＤ９のアノード及びダイオードＤ１０のカソードに共通接続される。ダイオードＤ９のカソードはコンデンサＣ２の正極に接続され、ダイオードＤ１０のアノードはコンデンサＣ３の負極に接続される。ダイオードＤ９及びＤ１０は、交流電圧ＶAC1に基づく直流電圧をコンデンサＣ２及びＣ３に蓄積させるための整流素子（整流回路）として機能する。
【００４０】
双方向スイッチ４１は、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるトランジスタＱ５と、から形成される。ダイオードＤ５のアノード及びダイオードＤ６のカソードは中性点ＮＰに共通接続され、ダイオードＤ７のアノード及びダイオードＤ８のカソードはダイオードＤ９のアノードに共通接続されている。更に、ダイオードＤ５及びＤ７のカソードはトランジスタＱ５のドレインに共通接続され、ダイオードＤ６及びＤ８のアノードはトランジスタＱ５のソースに共通接続されている。
【００４１】
従って、中性点ＮＰの電位を基準として交流電源ＡＣＰから正の電圧が出力されている正期間において、トランジスタＱ５がオフであるときには、インダクタＬ１及びダイオードＤ９を通じてコンデンサＣ２に電流が供給される。一方、正期間においてトランジスタＱ５がオンであるときには、交流電源ＡＣＰからのインダクタＬ１を通じた電流がダイオードＤ７、トランジスタＱ５及びダイオードＤ６を介して交流電源ＡＣＰに戻るため、インダクタＬ１にエネルギが蓄積される。故に、正期間では、インダクタＬ１、トランジスタＱ５及びダイオードＤ９による昇圧回路が形成され、トランジスタＱ５を交互にオン、オフすることで、コンデンサＣ２の電圧を制御できる（交流電源ＡＣＰとリアクトルＬ１の蓄積エネルギの放出とによってコンデンサＣ２を昇圧充電できる）。中性点ＮＰの電位を基準として交流電源ＡＣＰから負の電圧が出力されている負期間において、トランジスタＱ５がオフであるときには、ダイオードＤ１０及びインダクタＬ１を通じてコンデンサＣ３に電流が供給される。一方、負期間においてトランジスタＱ５がオンであるときには、交流電源ＡＣＰからの端子ＴＭ１を通じた電流がダイオードＤ５、トランジスタＱ５、ダイオードＤ８及びインダクタＬ１を介して交流電源ＡＣＰに戻るため、インダクタＬ１にエネルギが蓄積される。故に、負期間では、インダクタＬ１、トランジスタＱ５及びダイオードＤ１０による昇圧回路が形成され、トランジスタＱ５を交互にオン、オフすることで、コンデンサＣ３の電圧を制御できる（交流電源ＡＣＰとリアクトルＬ１の蓄積エネルギの放出とによってコンデンサＣ３を昇圧充電できる）。
【００４２】
ＰＦＣ制御部（力率改善制御部）４２は、ＡＣ駆動時において、入力コンデンサ部ＣＣの電圧（即ち、コンデンサＣ２の正極及び負極間の電圧とコンデンサＣ３の正極及び負極間の電圧との合成電圧）が安定するようにトランジスタＱ５のオン／オフを制御する。入力コンデンサ部ＣＣの電圧の安定によって出力交流電圧ＶAC2が安定する。ＰＦＣ制御部４２は、公知の方法によって、ハーフブリッジ４０の出力における力率改善を図ってよい。実際には、ＰＦＣ制御部４２は、ＡＣ駆動時において、入力コンデンサ部ＣＣの電圧を検出し、検出した電圧と所定の基準電圧とを比較して、比較結果に基づきトランジスタＱ５のオン／オフのＰＷＭ制御を行う。当該ＰＷＭ制御により、トランジスタＱ５を交互にオン、オフする際における、トランジスタＱ５のオン期間の長さ及びオフ期間の長さが決定される。ＤＣ駆動時においてはトランジスタＱ５はオフに維持される。
【００４３】
制御部６０は、図１の制御部６の例である。例えばマイクロコンピュータを用いて制御部６０を形成してよい。制御部６０は、コンバータ制御ドライバ３１を制御することで昇圧コンバータ３０にてＤＣ／ＤＣ変換動作を実行させるか否かを制御すると共に、ＤＣ駆動時にスイッチＳＷ１がオンとなり且つＡＣ駆動時にスイッチＳＷ１がオフとなるようにスイッチＳＷ１を制御する。即ち例えば、制御部６０は、交流電源ＡＣＰからハーフブリッジ４０に出力される電圧又は電流を監視し、監視結果に基づきハーフブリッジ４０に交流電圧ＶAC1が供給されているか否かを認識する。そして、制御部６０は、ハーフブリッジ４０に交流電圧ＶAC1が供給されている場合にはスイッチＳＷ１をオフとすると共に昇圧コンバータ３０によるＤＣ／ＤＣ変換動作を停止させ、ハーフブリッジ４０に交流電圧ＶAC1が供給されていない場合にはスイッチＳＷ１をオンとすると共に昇圧コンバータ３０にＤＣ／ＤＣ変換動作を実行させる。これにより、ハーフブリッジ４０への交流電圧ＶAC1の供給があるときにはＡＣ駆動が実行され、停電等により、ハーフブリッジ４０への交流電圧ＶAC1の供給が途絶えているときにはＤＣ駆動が実行されることになり、電源装置１０が無停電電源装置として機能する。
【００４４】
図３は、ＡＣ駆動時に有意に機能する部分の回路図である。ＡＣ駆動時には、スイッチＳＷ１がオフになっていて且つＤＣ／ＤＣ変換動作は停止しているため（トランジスタＱ１及びＱ２はオフに維持されているため）、昇圧コンバータ３０の存在を無視することができる。
【００４５】
図４は、ＤＣ駆動時に有意に機能する部分の回路図である。ＤＣ駆動時には、スイッチＳＷ１がオンとなると共にＤＣ／ＤＣ変換動作が実行されるため、昇圧コンバータ３０の出力電圧（図１の直流電圧ＶDC2に相当）に基づきコンデンサＣ２及びＣ３が充電されてトランジスタＱ３及びＱ４のスイッチング動作により交流電圧ＶAC2が生成される。尚、ＤＣ駆動時には、トランジスタＱ５がオフに維持されるため、双方向スイッチ４１の存在を無視することができる。
【００４６】
図１の電源装置１と同様、電源装置１０でも、ＤＣ駆動時においてスイッチＳＷ１をオンとされる。故に、コンデンサＣ２及びＣ３の一方に短絡が生じたとき、他方のコンデンサには、昇圧コンバータ３０の全出力の分圧が加わるようになる。結果、コンデンサＣ２及びＣ３の定格を上げずとも、コンデンサの短絡発生時における保護（防爆弁が開く等に対する保護）が実現される。
【００４７】
仮に、図５に示す如く、タップ３３を中性点ＮＰに常時接続していたならば、ＡＣ駆動時にトランス側に電流９０が流れるため、ＡＣ駆動の動作が不安定となったり、昇圧コンバータ３０の一次側回路に悪影響が及んだりすることがある。例えば、ＡＣ駆動時にトランスＴ１の二次側巻線に電流９０が流れる構成を採用した場合、その電流９０によるエネルギがトランスＴ１に蓄積される。そうすると、ＡＣ駆動からＤＣ駆動への切り替え時において、その蓄積エネルギに基づく過大な電流がトランスＴ１の一次側の回路部品（図２ではトランジスタＱ１又はＱ２）に流れ、その回路部品が破損するおそれがある。電源装置１０では、実際にはＡＣ駆動時にスイッチＳＷ１がオフとされるため、ＡＣ駆動時の安定動作の確保及び上記のような悪影響の回避が図られる。
【００４８】
第２実施形態によれば、ＤＣ駆動時においてコンデンサＣ２及びＣ３の一方が短絡した場合における他方のコンデンサの保護（防爆弁が開く等に対する保護）が実現される。また、ＤＣ駆動時において、交流電圧ＶAC2の中点電位をセンタータップ３３の電位で固定することで、交流電圧ＶAC2の特性が安定する（当該固定が無い場合、交流電圧ＶAC2に大きな歪みが発生することがある）。
【００４９】
＜第３実施形態＞
図２の回路例では、昇圧コンバータ３０をプッシュプル方式の昇圧回路にしているが、他の方式が採用されても良い。
【００５０】
また、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴがＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴに置き換わるように、図２の回路を変更することが可能である。また、図２の回路におけるＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴを、他の種類のスイッチング素子（接合型電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタなど）に置き換えても良い。
【００５１】
上述の各実施形態で述べた技術の要部について考察する。本発明の一側面に係る電源装置は、直流電圧を出力する直流電源（２、２０）と、トランス（Ｔ、Ｔ１）を用いたＤＣ／ＤＣ変換動作によって前記直流電源の出力から他の直流電圧を生成可能なＤＣ／ＤＣ変換回路（３、３０）と、互いに直列接続された２つの入力コンデンサ（Ｃ２、Ｃ３）から成る入力コンデンサ部（ＣＣ）を有し、前記入力コンデンサ部の蓄積直流電圧に対するスイッチング動作により前記２つの入力コンデンサ間の中性点（ＮＰ）の電位を基準に出力交流電圧（ＶAC2）を生成するハーフブリッジ（４、４０）と、を備えている。そして、当該電源装置は、前記入力コンデンサ部を前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力コンデンサとして兼用し、入力交流電圧（ＶAC1）の供給を受けて前記入力交流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＡＣ駆動、又は、前記ＤＣ／ＤＣ変換動作による前記他の直流電圧に基づき前記出力交流電圧を生成するＤＣ駆動を切り替えて実行することができる。このような電源装置において、前記トランスの二次側巻線に設けられたタップ（ＴＰ、３３）と前記中性点との間にスイッチ（ＳＷ、ＳＷ１）を設けるとよい。
【００５２】
このようなスイッチを設けておくことにより、ＤＣ駆動時において２つの入力コンデンサの一方に短絡が生じた場合でも、他方のコンデンサに過大な電圧が加わることを回避することが可能となる。
【００５３】
具体的には例えば、前記スイッチは、前記ＤＣ駆動の際にはオンとされる一方、前記ＡＣ駆動の際にはオフとされると良い。
【００５４】
前記ＤＣ駆動の際に前記スイッチをオンとすることにより、２つの入力コンデンサの一方に短絡が生じた場合でも他方のコンデンサに過大な電圧が加わることが回避される。また、前記ＡＣ駆動の際に前記スイッチをオフとすることにより、ＡＣ駆動時の安定動作が確保される。
【００５５】
また例えば、前記タップはセンタータップであって、前記ＤＣ駆動の際には前記スイッチを介して前記センタータップの電位が前記中性点に加わると良い。
【００５６】
これにより、ＤＣ駆動時において、出力交流電圧の中点電位がセンタータップの電位で固定されるため、出力交流電圧の特性の安定が期待される。
【００５７】
また例えば、当該電源装置において、前記入力交流電圧の供給があるときには前記ＡＣ駆動を実行する一方、前記供給が途絶えているときには前記ＤＣ駆動を実行すると良い。
【００５８】
これにより、当該電源装置を、無停電電源装置として機能させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  電源装置
２  直流電源
３  ＤＣ／ＤＣ変換回路
４  ハーフブリッジ
１０  電源装置
２０  蓄電池
３０  昇圧コンバータ
４０  ハーフブリッジ
４１  双方向スイッチ
ＣＣ  入力コンデンサ部
ＮＰ  中性点
ＳＷ、ＳＷ１  スイッチ
【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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