(57)【要約】【課題】従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置において、サージ電圧を抑制することができる電力変換装置の制御方法を提供する。【解決手段】制御回路１３は、スイッチ素子１０２をオン状態にし、スイッチ素子１０３をオフ状態にするとともに、スイッチ素子１２０、１２３をオン状態にし、スイッチ素子１２１、１２２をオフ状態にする第１制御状態から、スイッチ素子１０２、１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０〜１２３をオフ状態にする第２制御状態に移行する。しかし、第２制御状態の期間中に、スイッチ素子１２０、１２３をオン状態にする。その結果、スイッチ素子１０２を流れる電流が０になる。従って、スイッチ素子１０２に流れる電流が０になるタイミングでスイッチ素子１０２をオフすることで、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの１次巻線と、１つの２次巻線を有するトランス（１１、２１、３１）と、
前記１次巻線に接続され、オンすることで前記１次巻線に電流を供給して一方向の磁束を発生させる少なくとも１つの第１スイッチ素子（１０２、２０２、２０５、３０３）と、前記１次巻線に接続され、オンすることで前記１次巻線に電流を供給して逆方向の磁束を発生させる少なくとも１つの第２スイッチ素子（１０３、２０３、２０４、３０４）とを有する第１電力変換回路（１０、２０、３０）と、
前記２次巻線に接続され、前記１次巻線が一方向の磁束を発生しているときにオンすることで前記２次巻線の出力を整流する少なくとも１つの第３スイッチ素子（１２０、１２３、２２０、２２３、３２０）と、前記２次巻線に接続され、前記１次巻線が逆方向の磁束を発生しているときにオンすることで前記２次巻線の出力を整流する少なくとも１つの第４スイッチ素子（１２１、１２２、２２１、２２２、３２１）とを有する第２電力変換回路（１２、２２、３２）と、
前記第１スイッチ素子をオン状態にし、前記第２スイッチ素子をオフ状態にするとともに、前記第３スイッチ素子をオン状態にし、前記第４スイッチ素子をオフ状態にする第１制御状態から、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子をオン状態にする第２制御状態、前記第１スイッチ素子をオフ状態にし、前記第２スイッチ素子をオン状態にするとともに、前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、前記第４スイッチ素子をオン状態にする第３制御状態を経て、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子をオン状態にする第４制御状態へ移行し、以降、前記第１制御状態から前記第４制御状態を繰り返し、前記第１スイッチ素子から前記第４スイッチ素子を制御する制御回路（１３、２３、３３）と、
を備えた電力変換装置の制御方法において、
前記制御回路は、前記第２制御状態の期間中に前記第３スイッチ素子をオン状態にするとともに、前記第４制御状態の期間中に前記第４スイッチ素子をオン状態にすることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第２制御状態から前記第３制御状態に移行する際、前記第１スイッチ素子に流れる電流が０近傍、又は、電流の向きが反転して逆方向になったときに前記第１スイッチ素子をオフするとともに、前記第４制御状態から前記第１制御状態に移行する際、前記第２スイッチ素子に流れる電流が０、又は、電流の向きが反転して逆方向になったときに前記第２スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第２制御状態から前記第３制御状態に移行する際、前記第１スイッチ素子に流れる電流が０近傍になったときに前記第１スイッチ素子をオフするとともに、前記第４制御状態から前記第１制御状態に移行する際、前記第２スイッチ素子に流れる電流が０のときに前記第２スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
前記第１スイッチ素子（１０２、２０２、２０５、３０３）及び前記第２スイッチ素子（１０３、２０３、２０４、３０４）は、ダイオード（Ｄ）が並列接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１電力変換回路及び前記第２電力変換回路の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、前記第２制御状態の期間中における前記第３スイッチ素子のオン時間、及び、前記第４制御状態の期間中における前記第４スイッチ素子のオン時間を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項６】
前記第３スイッチ素子（１２０、１２３、２２０、２２３、３２０）及び前記第４スイッチ素子（１２１、１２２、２２１、２２２、３２１）は、ダイオード（Ｄ）が並列接続され、
前記制御回路は、前記第１制御状態及び前記第３制御状態のとき、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子をオン状態にしないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項７】
前記トランス（１１）は、直列接続された２つの前記１次巻線（１１０、１１１）を有し、
前記第１電力変換回路（１０）は、１つの前記第１スイッチ素子（１０２）と、１つの前記第２スイッチ素子（１０３）とを有し、前記第１スイッチ素子が一方の前記１次巻線の一端に、前記第２スイッチ素子が他方の前記１次巻線の一端に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項８】
前記トランス（２１）は、１つの前記１次巻線（２１０）を有し、
前記第１電力変換回路（２０）は、２つの前記第１スイッチ素子（２０２、２０５）と、２つの前記第２スイッチ素子（２０３、２０４）とを有し、直列接続された２組の前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子を、前記第１スイッチ素子が対角に配置されるとともに、前記第２スイッチ素子が対角に配置されるように並列接続して構成され、一方の前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子の直列接続点が前記１次巻線の一端に、他方の前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子の直列接続点が前記１次巻線の他端に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項９】
前記トランス（３１）は、１つの前記１次巻線（３１０）を有し、
前記第１電力変換回路（３０）は、直列接続された１つの前記第１スイッチ素子（３０３）と、１つの前記第２スイッチ素子（３０４）とを有し、前記第１スイッチ素子が前記１次巻線の一端に、前記第２スイッチ素子が前記１次巻線の他端に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項１０】
前記第２電力変換回路（１２、２２）は、２つの前記第３スイッチ素子（１２０、１２３、２２０、２２３）と、２つの前記第４スイッチ素子（１２１、１２２、２２１、２２２）とを有し、直列接続された２組の前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子を、前記第３スイッチ素子が対角に配置されるとともに、前記第４スイッチ素子が対角に配置されるように並列接続して構成され、一方の前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子の直列接続点が前記２次巻線の一端に、他方の前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子の直列接続点が前記２次巻線の他端に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２電力変換回路（３２）は、１つの前記第３スイッチ素子（３２０）と、１つの前記第４スイッチ素子（３２１）と、２つのコンデンサ（３２２、３２３）とを有し、直列接続された前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子と、直列接続された２つの前記コンデンサを並列接続して構成され、前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子の直列接続点が前記２次巻線に一端に、２つの前記コンデンサの直列接続点が前記２次巻線の他端に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力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、電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換装置の制御方法として、例えば以下に示す特許文献１に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法がある。
【０００３】
このＤＣ／ＤＣコンバータは、第１電圧系回路と、第２電圧系回路と、スイッチング制御回路とを備えている。第１電圧系回路は、第１スイッチ素子と、第２スイッチ素子とを備えている。第２電圧系回路は、第３スイッチ素子と、第４スイッチ素子とを備えている。スイッチング制御回路は、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子を交互にオン、オフするとともに、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子に同期して第３スイッチ素子と第４スイッチ素子をオン、オフする。そして、第１スイッチ素子と第３スイッチ素子をオン状態にし、第２スイッチ素子と第４スイッチ素子をオフ状態にする第１状態から、第１スイッチ素子と第３スイッチ素子をオフ状態にし、第２スイッチ素子と第４スイッチ素子をオン状態にする第２状態に移行する際、第２スイッチ素子をオン状態にする。これにより、第１スイッチ素子を流れていた電流が速やかに減少する。そのため、電流が減少したタイミングで第１スイッチ素子をオフすることで、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５３８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述したＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法は、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子を交互にオン、オフするとともに、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子に同期して第３スイッチ素子と第４スイッチ素子をオン、オフすることを前提としたものである。そのため、スイッチ素子のスイッチングの仕方が異なる場合には適用できない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置において、サージ電圧を抑制することができる電力変換装置の制御方法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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくとも１つの１次巻線と、１つの２次巻線を有するトランスと、１次巻線に接続され、オンすることで１次巻線に電流を供給して一方向の磁束を発生させる少なくとも１つの第１スイッチ素子と、１次巻線に接続され、オンすることで１次巻線に電流を供給して逆方向の磁束を発生させる少なくとも１つの第２スイッチ素子とを有する第１電力変換回路と、２次巻線に接続され、１次巻線が一方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線の出力を整流する少なくとも１つの第３スイッチ素子と、２次巻線に接続され、１次巻線が逆方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線の出力を整流する少なくとも１つの第４スイッチ素子とを有する第２電力変換回路と、第１スイッチ素子をオン状態にし、第２スイッチ素子をオフ状態にするとともに、第３スイッチ素子をオン状態にし、第４スイッチ素子をオフ状態にする第１制御状態から、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子をオン状態にする第２制御状態、第１スイッチ素子をオフ状態にし、第２スイッチ素子をオン状態にするとともに、第３スイッチ素子をオフ状態にし、第４スイッチ素子をオン状態にする第３制御状態を経て、第１スイッチ素子と第２スイッチ素子をオン状態にする第４制御状態へ移行し、以降、第１制御状態から第４制御状態を繰り返し、第１スイッチ素子から第４スイッチ素子を制御する制御回路と、を備えた電力変換装置の制御方法において、制御回路は、第２制御状態の期間中に第３スイッチ素子をオン状態にするとともに、第４制御状態の期間中に第４スイッチ素子をオン状態にすることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、従来とは制御の仕方が異なり、第１〜第４制御状態が繰り返される。そして、第２制御状態の期間中に、制御回路が第３スイッチ素子をオン状態にすることで、第１スイッチ素子に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、第１スイッチ素子に流れている電流を減少させることができる。従って、第２制御状態から第３制御状態に移行する際に、第１スイッチ素子をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。また、第４制御状態の期間中に、制御回路が第４スイッチ素子をオン状態にすることで、第２スイッチ素子に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、第２スイッチ素子に流れている電流を抑えることができる。従って、第４制御状態から第１制御状態に移行する際に、第２スイッチ素子をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。これにより、従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置において、サージ電圧を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における電力変換装置の回路図である。
【図２】図１に示すスイッチ素子の寄生容量からなるコンデンサ及び寄生ダイオードを説明するための回路図である。
【図３】図１に示す電力変換装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図３に示すタイミングチャートの時刻ｔ１０〜ｔ１１における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図５】図３に示すタイミングチャートの時刻ｔ１１〜ｔ１２における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図６】図３に示すタイミングチャートの時刻ｔ１２〜ｔ１３における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図７】図３に示すタイミングチャートの時刻ｔ１２〜ｔ１３における電力変換装置の制御方法を説明するための別の回路図である。
【図８】図３に示すタイミングチャートの時刻ｔ１３〜ｔ１４における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図９】第２実施形態における電力変換装置の回路図である。
【図１０】図９に示すスイッチ素子の寄生容量からなるコンデンサ及び寄生ダイオードを説明するための回路図である。
【図１１】図９に示す電力変換装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】図１１に示すタイミングチャートの時刻ｔ２０〜ｔ２１における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図１３】図１１に示すタイミングチャートの時刻ｔ２１〜ｔ２２における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図１４】図１１に示すタイミングチャートの時刻ｔ２２〜ｔ２３における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図１５】第３実施形態における電力変換装置の回路図である。
【図１６】図１５に示すスイッチ素子の寄生容量からなるコンデンサ及び寄生ダイオードを説明するための回路図である。
【図１７】図１５に示す電力変換装置の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図１８】図１７に示すタイミングチャートの時刻ｔ３０〜ｔ３１における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図１９】図１７に示すタイミングチャートの時刻ｔ３１〜ｔ３２における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【図２０】図１７に示すタイミングチャートの時刻ｔ３２〜ｔ３３における電力変換装置の制御方法を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、低電圧バッテリから供給される直流を変換して高電圧バッテリを充電する電力変換装置に適用した例を示す。
【００１１】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して第１実施形態の電力変換装置の構成について説明する。
【００１２】
図１に示す電力変換装置１は、低電圧バッテリＢ１０から供給される直流を高電圧の直流に変換して高電圧バッテリＢ１１に供給し、高電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。電力変換装置１は、第１電力変換回路１０と、トランス１１と、第２電力変換回路１２と、制御回路１３とを備えている。
【００１３】
第１電力変換回路１０は、低電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換してトランス１１に供給する回路である。第１電力変換回路１０は、コンデンサ１００と、チョークコイル１０１と、スイッチ素子１０２、１０３とを備えている。
【００１４】
コンデンサ１００の一端は低電圧バッテリＢ１０の正極端に、他端は低電圧バッテリＢ１０の負極端にそれぞれ接続されている。チョークコイル１０１の一端はコンデンサ１００の一端に、他端はトランス１１にそれぞれ接続されている。
【００１５】
スイッチ素子１０２、１０３は、制御回路１３によって制御され、スイッチングすることで、低電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換する素子である。例えば、ＦＥＴであり、図２に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣと寄生ダイオードＤが並列接続されている。
【００１６】
図１に示すスイッチ素子１０２（第１スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス１１の１次巻線１１０に電流を供給して一方向の磁束を発生させる。スイッチ素子１０３（第２スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス１１の１次巻線１１１に電流を供給して逆方向の磁束を発生させる。スイッチ素子１０２、１０３の一端はコンデンサ１００の他端に、他端はトランス１１にそれぞれ接続されている。スイッチ素子１０２、１０３の制御端は、制御回路１３にそれぞれ接続されている。
【００１７】
トランス１１は、第１電力変換回路１０から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換し、第２電力変換回路１２に供給する素子である。トランス１１は、１次巻線１１０、１１１と、２次巻線１１２とを有している。１次巻線１１０、１１１は直列接続されている。１次巻線１１０の一端はスイッチ素子１０２の他端に、１次巻線１１１の一端はスイッチ素子１０３の他端にそれぞれ接続されている。１次巻線１１０、１１１の直列接続点は、チョークコイル１０１の他端に接続されている。２次巻線１１２は、第２電力変換回路１２に接続されている。
【００１８】
第２電力変換回路１２は、トランス１１の２次巻線１１２から供給される交流を整流して直流に変換し、高電圧バッテリＢ１１に供給する回路である。第２電力変換回路１２は、スイッチ素子１２０〜１２３と、コンデンサ１２４とを備えている。
【００１９】
スイッチ素子１２０〜１２３は、制御回路１３によって制御され、スイッチングすることで、２次巻線１１２から供給される交流を整流して直流に変換する素子である。例えば、ＦＥＴであり、図２に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣと寄生ダイオードＤが並列接続されている。
【００２０】
図１に示すスイッチ素子１２０、１２３（第３スイッチ素子）は、１次巻線１１０が一方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線１１２の出力を整流する。スイッチ素子１２１、１２２（第４スイッチ素子）は、１次巻線１１１が逆方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線１１２の出力を整流する。スイッチ素子１２０、１２１及びスイッチ素子１２２、１２３はそれぞれ直列接続されている。直列接続されたスイッチ素子１２０、１２１及び直列接続されたスイッチ素子１２２、１２３は並列接続されている。つまり、直列接続されたスイッチ素子１２０、１２１と、直列接続されたスイッチ素子１２２、１２３が、スイッチ素子１２０、１２３が対角に配置されるとともに、スイッチ素子１２１、１２２が対角に配置されるように並列接続されている。スイッチ素子１２０、１２１の直列接続点は２次巻線１１２の一端に、スイッチ素子１２２、１２３の直列接続点は２次巻線１１２の他端にそれぞれ接続されている。スイッチ素子１２０、１２２の一端は、コンデンサ１２４の一端に接続されるとともに、高電圧バッテリＢ１１の正極端に接続されている。スイッチ素子１２１、１２３の一端は、コンデンサ１２４の他端に接続されるとともに、高電圧バッテリＢ１１の負極端に接続されている。スイッチ素子１２０〜１２３の制御端は、制御回路１３にそれぞれ接続されている。
【００２１】
制御回路１３は、スイッチ素子１０２、１０３、１２０〜１２３を制御する回路である。制御回路１３は、スイッチ素子１０２をオン状態にし、スイッチ素子１０３をオフ状態にするとともに、スイッチ素子１２０、１２３をオン状態にし、スイッチ素子１２１、１２２をオフ状態にする第１制御状態から、スイッチ素子１０２、１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０〜１２３をオフ状態にする第２制御状態に移行する。その後、スイッチ素子１０２をオフ状態にし、スイッチ素子１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０、１２３をオフ状態にし、スイッチ素子１２１、１２２をオン状態にする第３制御状態を経て、スイッチ素子１０２、１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０〜１２３をオフ状態にする第４制御状態へ移行する。以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。しかし、第２制御状態の期間中にスイッチ素子１２０、１２３をオン状態にするとともに、第４制御状態の期間中にスイッチ素子１２１、１２２をオン状態にする。その際、第１電力変換回路１０及び第２電力変換回路１２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子１２０、１２３のオン時間、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子１２１、１２２のオン時間を調整する。制御回路１３は、スイッチ素子１０２、１０３、１２０〜１２３の制御端にそれぞれ接続されている。
【００２２】
次に、図２〜図８を参照して第１実施形態の電力変換装置の制御方法について説明する。
【００２３】
制御回路１３は、図３に示すように、第１制御状態である時刻ｔ１０〜ｔ１１の間、スイッチ素子１０２をオン状態にし、スイッチ素子１０３をオフ状態にするとともに、スイッチ素子１２０、１２３をオン状態にし、スイッチ素子１２１、１２２をオフ状態にする。その結果、図４に示すように、低電圧バッテリＢ１０の正極端から、チョークコイル１０１、１次巻線１１０、スイッチ素子１０２を経て低電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル１０１に蓄積された磁気エネルギーが放出される。これにより、２次巻線１１２に電圧が誘起される。その結果、２次巻線１１２の一端から、スイッチ素子１２０、高電圧バッテリＢ１１、スイッチ素子１２３を経て２次巻線１１２の他端に至る経路を電流が流れる。高電圧バッテリＢ１１に電力が供給され、高電圧バッテリＢ１１が充電される。このとき、コンデンサ１２４に電荷が蓄積され、コンデンサ１２４の電圧が高電圧バッテリＢ１１の電圧と同一になる。
【００２４】
制御回路１３は、図３に示すように、第２制御状態である時刻ｔ１１〜ｔ１４の間、スイッチ素子１０２、１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０〜１２３をオフ状態にする。しかし、制御回路１３は、第２制御状態の期間中の時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、スイッチ素子１２０、１２３をオン状態にする。
【００２５】
図５に示すように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、スイッチ素子１０２がオンすることで、低電圧バッテリＢ１０の正極端から、チョークコイル１０１、１次巻線１１０、スイッチ素子１０２を経て低電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を電流が流れる。また、スイッチ素子１０３がオンすることで、低電圧バッテリＢ１０の正極端から、チョークコイル１０１、１次巻線１１１、スイッチ素子１０３を経て低電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル１０１に磁気エネルギーが蓄積される。スイッチ素子１０２、１０３がオンしているため、１次巻線１１０の一端と１次巻線１１１の一端が接続される。従って、１次巻線１１０、１１１に印加される電圧が０になる。その結果、２次巻線１１２に電圧が誘起されなくなる。
【００２６】
図６に示すように、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、スイッチ素子１２０、１２３がオンすると、スイッチ素子１２０、２次巻線１１２、スイッチ素子１２３を介してコンデンサ１２４の一端と他端が接続される。コンデンサ１２４の電圧は、高電圧バッテリＢ１１の電圧と同一になっている。その結果、コンデンサ１２４の一端から、スイッチ素子１２０、２次巻線１１２、スイッチ素子１２３を経てコンデンサ１２４の他端に至る経路を電流が流れる。これにより、１次巻線１１１の一端から、スイッチ素子１０３、スイッチ素子１０２を経て１次巻線１１０の一端に至る経路を電流が流れる。これにより、低電圧バッテリＢ１０の正極端から、チョークコイル１０１、１次巻線１１０、スイッチ素子１０２を経て低電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を流れていた電流が、速やかに減少して０になり、その後、図３及び図７に示すように、電流の向きが反転して逆方向に流れるようになる。一方、低電圧バッテリＢ１０の正極端から、チョークコイル１０１、１次巻線１１１、スイッチ素子１０３を経て低電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を流れていた電流は、速やかに増加する。
【００２７】
スイッチ素子１２０、１２３には、図２に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣが並列接続されている。時刻ｔ１３〜ｔ１４の間、スイッチ素子１２０、１２３をオフすると、トランス１１の漏れインダクタンスと、スイッチ素子１２０、１２３の寄生容量等によって決まる周波数で共振が発生する。その結果、図３及び図８に示すように、スイッチ素子１０２を流れる電流が０になる。
【００２８】
制御回路１３は、図３に示すように、スイッチ素子１０２に流れる電流が０になる時刻ｔ１４で、スイッチ素子１０２をオフするとともに、スイッチ素子１２１、１２２をオンする。スイッチ素子１０２に流れる電流が０になるタイミングでスイッチ素子１０２をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。その結果、スイッチ素子１０２がオフ状態に、スイッチ素子１０３がオン状態になるとともに、スイッチ素子１２０、１２３がオフ状態に、スイッチ素子１２１、１２２がオン状態になる。そして、第３制御状態である時刻ｔ１５までの間、この状態を継続する。その結果、第１制御状態と同一の原理で高電圧バッテリＢ１１に電力が供給され、高電圧バッテリＢ１１が充電される。
【００２９】
制御回路１３は、第４制御状態である時刻ｔ１５〜ｔ１８の間、スイッチ素子１０２、１０３をオン状態にするとともに、スイッチ素子１２０〜１２３をオフ状態にする。しかし、制御回路１３は、第４制御状態の期間中の時刻ｔ１６〜ｔ１７の間、スイッチ素子１２１、１２２をオン状態にする。その結果、第２制御状態と同一の原理でスイッチ素子１０３を流れる電流が０になる。そのため、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子１０３に電流が０になるタイミングでスイッチ素子１０３をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。
【００３０】
制御回路１３は、以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。その結果、高電圧バッテリＢ１１に継続して電力が供給され、高電圧バッテリＢ１１が充電される。
【００３１】
次に、第１実施形態の効果について説明する。
【００３２】
第１実施形態によれば、従来とは制御の仕方が異なり、第１〜第４制御状態が繰り返される。そして、第２制御状態の期間中に、制御回路１３がスイッチ素子１２０、１２３をオン状態にすることで、スイッチ素子１０２に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子１０２に流れている電流を減少させることができる。従って、第２制御状態から第３制御状態に移行する際に、スイッチ素子１０２をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。また、第４制御状態の期間中に、制御回路１３がスイッチ素子１２１、１２２をオン状態にすることで、スイッチ素子１０３に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子１０３に流れている電流を抑えることができる。従って、第４制御状態から第１制御状態に移行する際に、スイッチ素子１０３をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。これにより、従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置１において、サージ電圧を抑えることができる。
【００３３】
第１実施形態によれば、第２制御状態から第３制御状態に移行する際、スイッチ素子１０２に流れる電流が０のときに、制御回路１３が、スイッチ素子１０２をオフする。また、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子１０３に流れる電流が０のときに、制御回路１３が、スイッチ素子１０３をオフする。そのため、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００３４】
第１実施形態によれば、制御回路１３が、第１電力変換回路１０及び第２電力変換回路１２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子１２０、１２３のオン時間（ｔ１２〜ｔ１３）、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子１２１、１２２のオン時間（ｔ１６〜ｔ１７）を調整する。そのため、第１電力変換回路１０及び第２電力変換回路１２の入出力電圧や入出力電流が変化しても、それに影響されることなく、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００３５】
第１実施形態によれば、トランス１１は、直列接続された２つの１次巻線１１０、１１１を有している。第１電力変換回路１０は、スイッチ素子１０２、１０３を有し、スイッチ素子１０２の他端が１次巻線１１０の一端に、スイッチ素子１０３の他端が１次巻線１１１の一端にそれぞれ接続されている。このような第１電力変換回路１０及びトランス１１を有する電力変換装置１においてサージ電圧を抑えることができる。
【００３６】
第１実施形態によれば、第２電力変換回路１２は、スイッチ素子１２０〜１２３を有し、直列接続されたスイッチ素子１２０、１２１と、直列接続されたスイッチ素子１２２、１２３を、スイッチ素子１２０、１２３が対角に配置されるとともに、スイッチ素子１２１、１２２が対角に配置されるように並列接続して構成されている。そして、スイッチ素子１２０、１２１の直列接続点が２次巻線１１２の一端に、スイッチ素子１２２、１２３の直列接続点が２次巻線１１２の他端にそれぞれ接続されている。このような第２電力変換回路１２を有する電力変換装置１においてサージ電圧を抑えることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置における第１電力変換回路及びトランスの構成を変更したものである。
【００３８】
まず、図９及び図１０を参照して第２実施形態の電力変換装置の構成について説明する。
【００３９】
図９に示す電力変換装置２は、低電圧バッテリＢ２０から供給される直流を高電圧の直流に変換して高電圧バッテリＢ２１に供給し、高電圧バッテリＢ２１を充電する装置である。電力変換装置２は、第１電力変換回路２０と、トランス２１と、第２電力変換回路２２と、制御回路２３とを備えている。
【００４０】
第１電力変換回路２０は、低電圧バッテリＢ２０から供給される直流を交流に変換してトランス２１に供給する回路である。第１電力変換回路２０は、コンデンサ２００と、チョークコイル２０１と、スイッチ素子２０２〜２０５とを備えている。
【００４１】
コンデンサ２００の一端は低電圧バッテリＢ２０の正極端に、他端は低電圧バッテリＢ２０の負極端にそれぞれ接続されている。チョークコイル２０１の一端はコンデンサ２００の一端に、他端はスイッチ素子２０２、２０４にそれぞれ接続されている。
【００４２】
スイッチ素子２０２〜２０５は、制御回路２３によって制御され、スイッチングすることで、低電圧バッテリＢ２０から供給される直流を交流に変換する素子である。例えば、ＦＥＴであり、図１０に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣと寄生ダイオードＤが並列接続されている。
【００４３】
図９に示すスイッチ素子２０２、２０５（第１スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス２１の１次巻線２１０に電流を供給して一方向の磁束を発生させる。スイッチ素子２０３、２０４（第２スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス２１の１次巻線２１０に電流を供給して逆方向の磁束を発生させる。スイッチ素子２０２、２０３及びスイッチ素子２０４、２０５はそれぞれ直列接続されている。直列接続されたスイッチ素子２０２、２０３及び直列接続されたスイッチ素子２０４、２０５は並列接続されている。つまり、直列接続されたスイッチ素子２０２、２０３と、直列接続されたスイッチ素子２０４、２０５が、スイッチ素子２０２、２０５が対角に配置されるとともに、スイッチ素子２０３、２０４が対角に配置されるように並列接続されている。スイッチ素子２０２、２０４の一端はチョークコイル２０１の他端に、スイッチ素子２０３、２０５一端はコンデンサ２００の他端にそれぞれ接続されている。スイッチ素子２０２、２０３の直列接続点、及び、スイッチ素子２０４、２０５の直列接続点は、トランス２１にそれぞれ接続されている。スイッチ素子２０２〜２０５の制御端は、制御回路２３にそれぞれ接続されている。
【００４４】
トランス２１は、第１電力変換回路２０から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換し、第２電力変換回路２２に供給する素子である。トランス２１は、１次巻線２１０と、２次巻線２１１とを有している。１次巻線２１０の一端はスイッチ素子２０２、２０３の直列接続点に、他端はスイッチ素子２０４、２０５の直列接続点にそれぞれ接続されている。２次巻線２１１は、第２電力変換回路２２に接続されている。
【００４５】
第２電力変換回路２２は、トランス２１の２次巻線２１１から供給される交流を整流して直流に変換し、高電圧バッテリＢ２１に供給する回路である。第２電力変換回路２２は、スイッチ素子２２０〜２２３と、コンデンサ２２４とを備えている。第２電力変換回路２２は、第１実施形態の第２電力変換回路１２と同一構成である。
【００４６】
制御回路２３は、スイッチ素子２０２〜２０５、２２０〜２２３を制御する回路である。制御回路２３は、スイッチ素子２０２、２０５をオン状態にし、スイッチ素子２０３、２０４をオフ状態にするとともに、スイッチ素子２２０、２２３をオン状態にし、スイッチ素子２２１、２２２をオフ状態にする第１制御状態から、スイッチ素子２０２〜２０５をオン状態にするとともに、スイッチ素子２２０〜２２３をオフ状態にする第２制御状態に移行する。その後、スイッチ素子２０２、２０５をオフ状態にし、スイッチ素子２０３、２０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子２２０、２２３をオフ状態にし、スイッチ素子２２１、２２２をオン状態にする第３制御状態を経て、スイッチ素子２０２〜２０５をオン状態にするとともに、スイッチ素子２２０〜２２３をオフ状態にする第４制御状態へ移行する。以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。しかし、第２制御状態の期間中にスイッチ素子２２０、２２３をオン状態にするとともに、第４制御状態の期間中にスイッチ素子２２１、２２２をオン状態にする。その際、第１電力変換回路２０及び第２電力変換回路２２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子２２０、２２３のオン時間、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子２２１、２２２のオン時間を調整する。制御回路２３は、スイッチ素子２０２〜２０５、２２０〜２２３の制御端にそれぞれ接続されている。
【００４７】
次に、図１０〜図１４を参照して第２実施形態の電力変換装置の制御方法について説明する。
【００４８】
制御回路２３は、図１１に示すように、第１制御状態である時刻ｔ２０〜ｔ２１の間、スイッチ素子２０２、２０５をオン状態にし、スイッチ素子２０３、２０４をオフ状態にするとともに、スイッチ素子２２０、２２３をオン状態にし、スイッチ素子２２１、２２２をオフ状態にする。その結果、図１２に示すように、低電圧バッテリＢ２０の正極端から、チョークコイル２０１、スイッチ素子２０２、１次巻線２１０、スイッチ素子２０５を経て低電圧バッテリＢ２０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル２０１に蓄積された磁気エネルギーが放出される。これにより、２次巻線２１１に電圧が誘起される。その結果、２次巻線２１１の一端から、スイッチ素子２２０、高電圧バッテリＢ２１、スイッチ素子２２３を経て２次巻線２１１の他端に至る経路を電流が流れる。高電圧バッテリＢ２１に電力が供給され、高電圧バッテリＢ２１が充電される。このとき、コンデンサ２２４に電荷が蓄積され、コンデンサ２２４の電圧が高電圧バッテリＢ２１の電圧と同一になる。
【００４９】
制御回路２３は、図１１に示すように、第２制御状態である時刻ｔ２１〜ｔ２４の間、スイッチ素子２０２〜２０５をオン状態にするとともに、スイッチ素子２２０〜２２３をオフ状態にする。しかし、制御回路２３は、第２制御状態の期間中の時刻ｔ２２〜ｔ２３の間、スイッチ素子２２０、２２３をオン状態にする。
【００５０】
図１３に示すように、時刻ｔ２１〜ｔ２２の間、スイッチ素子２０２、２０３がオンすることで、低電圧バッテリＢ２０の正極端から、チョークコイル２０１、スイッチ素子２０２、２０３を経て低電圧バッテリＢ２０の負極端に至る経路を電流が流れる。また、スイッチ素子２０４、２０５がオンすることで、低電圧バッテリＢ２０の正極端から、チョークコイル２０１、スイッチ素子２０４、２０５を経て低電圧バッテリＢ２０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル２０１に磁気エネルギーが蓄積される。スイッチ素子２０２〜２０５がオンしているため、１次巻線２１０の一端と他端が接続される。従って、１次巻線２１０に印加される電圧が０になる。その結果、２次巻線２１１に電圧が誘起されなくなる。
【００５１】
図１４に示すように、時刻ｔ２２〜ｔ２３の間、スイッチ素子２２０、２２３がオンすると、スイッチ素子２２０、２次巻線２１１、スイッチ素子２２３を介してコンデンサ２２４の一端と他端が接続される。コンデンサ２２４の電圧は、高電圧バッテリＢ２１の電圧と同一になっている。その結果、コンデンサ２２４の一端から、スイッチ素子２２０、２次巻線２１１、スイッチ素子２２３を経てコンデンサ２２４の他端に至る経路を電流が流れる。これにより、１次巻線２１０の一端から、スイッチ素子２０２、スイッチ素子２０４を経て１次巻線２１０の他端に至る経路を電流が流れる。また、１次巻線２１０の一端から、スイッチ素子２０３、スイッチ素子２０５を経て１次巻線２１０の他端に至る経路を電流が流れる。これにより、スイッチ素子２０２、２０５を流れていた電流が、速やかに減少して０になり、その後、電流の向きが反転して逆方向に流れるようになる。一方、スイッチ素子２０３、２０４を流れていた電流は、速やかに増加する。
【００５２】
スイッチ素子２２０、２２３には、図１０に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣが並列接続されている。時刻ｔ２３〜ｔ２４の間、スイッチ素子２２０、２２３をオフすると、トランス２１の漏れインダクタンスと、スイッチ素子２２０、２２３の寄生容量等によって決まる周波数で共振が発生する。その結果、図１１に示すように、スイッチ素子２０２、２０５を流れる電流が０になる。
【００５３】
制御回路２３は、図１１に示すように、スイッチ素子２０２、２０５に流れる電流が０になる時刻ｔ２４で、スイッチ素子２０２、２０５をオフするとともに、スイッチ素子２２１、２２２をオンする。スイッチ素子２０２、２０５に流れる電流が０になるタイミングでスイッチ素子２０２、２０５をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。その結果、スイッチ素子２０２、２０５がオフ状態に、スイッチ素子２０３、２０４がオン状態になるとともに、スイッチ素子２２０、２２３がオフ状態に、スイッチ素子２２１、２２２がオン状態になる。そして、第３制御状態である時刻ｔ２５までの間、この状態を継続する。その結果、第１制御状態と同一の原理で高電圧バッテリＢ２１に電力が供給され、高電圧バッテリＢ２１が充電される。
【００５４】
制御回路２３は、第４制御状態である時刻ｔ２５〜ｔ２８の間、スイッチ素子２０２〜２０５をオン状態にするとともに、スイッチ素子２２０〜２２３をオフ状態にする。しかし、制御回路２３は、第４制御状態の期間中の時刻ｔ２６〜ｔ２７の間、スイッチ素子２２１、２２２をオン状態にする。その結果、第２制御状態と同一の原理でスイッチ素子２０３、２０４を流れる電流が０になる。そのため、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子２０３、２０４に電流が０になるタイミングでスイッチ素子２０３、２０４をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。
【００５５】
制御回路２３は、以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。その結果、高電圧バッテリＢ２１に継続して電力が供給され、高電圧バッテリＢ２１が充電される。
【００５６】
次に、第２実施形態の電力変換装置の効果について説明する。
【００５７】
第２実施形態によれば、従来とは制御の仕方が異なり、第１〜第４制御状態が繰り返される。そして、第２制御状態の期間中に、制御回路２３がスイッチ素子２２０、２２３をオン状態にすることで、スイッチ素子２０２、２０５に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子２０２、２０５に流れている電流を減少させることができる。従って、第２制御状態から第３制御状態に移行する際に、スイッチ素子２０２、２０５をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。また、第４制御状態の期間中に、制御回路２３がスイッチ素子２２１、２２２をオン状態にすることで、スイッチ素子２０３、２０４に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子２０３、２０４に流れている電流を抑えることができる。従って、第４制御状態から第１制御状態に移行する際に、スイッチ素子２０３、２０４をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。これにより、従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置２において、サージ電圧を抑えることができる。
【００５８】
第２実施形態によれば、第２制御状態から第３制御状態に移行する際、スイッチ素子２０２、２０５に流れる電流が０のときに、制御回路２３が、スイッチ素子２０２、２０５をオフする。また、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子２０３、２０４に流れる電流が０のときに、制御回路２３が、スイッチ素子２０３、２０４をオフする。そのため、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００５９】
第２実施形態によれば、制御回路２３が、第１電力変換回路２０及び第２電力変換回路２２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子２２０、２２３のオン時間（ｔ２２〜ｔ２３）、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子２２１、２２２のオン時間（ｔ２６〜ｔ２７）を調整する。そのため、第１電力変換回路２０及び第２電力変換回路２２の入出力電圧や入出力電流が変化しても、それに影響されることなく、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００６０】
第２実施形態によれば、トランス２１は、１つの１次巻線２１０を有している。第１電力変換回路２０は、スイッチ素子２０２〜２０５を有し、直列接続されたスイッチ素子２０２、２０３と、直列接続されたスイッチ素子２０４、２０５を、スイッチ素子２０２、２０５が対角に配置されるとともに、スイッチ素子２０３、２０４が対角に配置されるように並列接続して構成されている。そして、スイッチ素子２０２、２０３の直列接続点が１次巻線２１０の一端に、スイッチ素子２０４、２０５の直列接続点が１次巻線２１０の他端にそれぞれ接続されている。このような第１電力変換回路２０及びトランス２１を有する電力変換装置２においてサージ電圧を抑えることができる。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電力変換装置について説明する。第３実施形態の電力変換装置は、第２実施形態の電力変換装置における第１電力変換回路及び第２電力変換回路の構成を変更したものである。
【００６２】
まず、図１５及び図１６を参照して第３実施形態の電力変換装置の構成について説明する。
【００６３】
図１５に示す電力変換装置３は、低電圧バッテリＢ３０から供給される直流を高電圧の直流に変換して高電圧バッテリＢ３１に供給し、高電圧バッテリＢ３１を充電する装置である。電力変換装置３は、第１電力変換回路３０と、トランス３１と、第２電力変換回路３２と、制御回路３３とを備えている。
【００６４】
第１電力変換回路３０は、低電圧バッテリＢ３０から供給される直流を交流に変換してトランス３１に供給する回路である。第１電力変換回路３０は、コンデンサ３００と、チョークコイル３０１、３０２と、スイッチ素子３０３，３０４とを備えている。
【００６５】
コンデンサ３００の一端は低電圧バッテリＢ３０の正極端に、他端は低電圧バッテリＢ３０の負極端にそれぞれ接続されている。チョークコイル３０１、３０２の一端はコンデンサ３００の一端に、他端はスイッチ素子３０３、３０４にそれぞれ接続されている。
【００６６】
スイッチ素子３０３，３０４は、制御回路３３によって制御され、スイッチングすることで、低電圧バッテリＢ３０から供給される直流を交流に変換する素子である。例えば、ＦＥＴであり、図１６に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣと寄生ダイオードＤが並列接続されている。
【００６７】
図１５に示すスイッチ素子３０３（第１スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス３１の１次巻線３１０に電流を供給して一方向の磁束を発生させる。スイッチ素子３０４（第２スイッチ素子）は、オンすることで、後述するトランス３１の１次巻線３１０に電流を供給して逆方向の磁束を発生させる。スイッチ素子３０３，３０４は直列接続されている。スイッチ素子３０３の一端は、チョークコイル３０１の他端に接続されるとともに、トランス３１に接続されている。スイッチ素子３０４の一端は、チョークコイル３０２の他端に接続されるとともに、トランス３１に接続されている。スイッチ素子３０３，３０４の直列接続点は、コンデンサ３００の他端に接続されている。スイッチ素子３０３，３０４の制御端は、制御回路３３にそれぞれ接続されている。
【００６８】
トランス３１は、第１電力変換回路３０から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換し、第２電力変換回路３２に供給する素子である。トランス３１は、１次巻線３１０と、２次巻線３１１とを有している。１次巻線３１０の一端はスイッチ素子３０３の一端に、他端はスイッチ素子３０４の一端にそれぞれ接続されている。２次巻線３１１は、第２電力変換回路３２に接続されている。
【００６９】
第２電力変換回路３２は、トランス３１の２次巻線３１１から供給される交流を整流して直流に変換し、高電圧バッテリＢ３１に供給する回路である。第２電力変換回路３２は、スイッチ素子３２０、３２１と、コンデンサ３２２、３２３とを備えている。
【００７０】
スイッチ素子３２０、３２１は、制御回路３３によって制御され、スイッチングすることで、２次巻線３１１から供給される交流を整流して直流に変換する素子である。例えば、ＦＥＴであり、図１６に示すように、寄生容量からなるコンデンサＣと寄生ダイオードＤが並列接続されている。
【００７１】
図１５に示すスイッチ素子３２０（第３スイッチ素子）は、１次巻線３１０が一方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線３１１の出力を整流する。スイッチ素子３２１（第４スイッチ素子）は、１次巻線３１０が逆方向の磁束を発生しているときにオンすることで２次巻線３１１の出力を整流する。スイッチ素子３２０、３２１は直列接続されている。コンデンサ３２２、３２３は直列接続されている。スイッチ素子３２０の一端は、コンデンサ３２２の一端に接続されるとともに、高電圧バッテリＢ３１の正極端に接続されている。スイッチ素子３２１の一端は、コンデンサ３２３の一端に接続されるとともに、高電圧バッテリＢ３１の負極端に接続されている。スイッチ素子３２０、３２１の直列接続点は２次巻線３１１の一端に、コンデンサ３２２、３２３の直列接続点は２次巻線３１１の他端にそれぞれ接続されている。スイッチ素子３２０、３２１の制御端は、制御回路３３にそれぞれ接続されている。
【００７２】
制御回路３３は、スイッチ素子３０３、３０４、３２０、３２１を制御する回路である。制御回路３３は、スイッチ素子３０３をオン状態にし、スイッチ素子３０４をオフ状態にするとともに、スイッチ素子３２０をオン状態にし、スイッチ素子３２１をオフ状態にする第１制御状態から、スイッチ素子３０３、３０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子３２０、３２１をオフ状態にする第２制御状態に移行する。その後、スイッチ素子３０３をオフ状態にし、スイッチ素子３０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子３２０をオフ状態にし、スイッチ素子３２１をオン状態にする第３制御状態を経て、スイッチ素子３０３、３０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子３２０、３２１をオフ状態にする第４制御状態へ移行する。以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。しかし、第２制御状態の期間中にスイッチ素子３２０をオン状態にするとともに、第４制御状態の期間中にスイッチ素子３２１をオン状態にする。その際、第１電力変換回路３０及び第２電力変換回路３２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子３２０のオン時間、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子３２１のオン時間を調整する。制御回路３３は、スイッチ素子３０３、３０４、３２０、３２１の制御端にそれぞれ接続されている。
【００７３】
次に、図１６〜図２０を参照して第３実施形態の電力変換装置の制御方法について説明する。
【００７４】
制御回路３３は、図１７に示すように、第１制御状態である時刻ｔ３０〜ｔ３１の間、スイッチ素子３０３をオン状態にし、スイッチ素子３０４をオフ状態にするとともに、スイッチ素子３２０をオン状態にし、スイッチ素子３２１をオフ状態にする。その結果、図１８に示すように、低電圧バッテリＢ３０の正極端から、チョークコイル３０１、スイッチ素子３０３を経て低電圧バッテリＢ３０の負極端に至る経路を電流が流れる。また、低電圧バッテリＢ３０の正極端から、チョークコイル３０２、１次巻線３１０、スイッチ素子３０３を経て低電圧バッテリＢ３０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル３０１に磁気エネルギーが蓄積されるとともに、チョークコイル３０２に蓄積された磁気エネルギーが放出される。これにより、２次巻線３１１に電圧が誘起される。その結果、２次巻線３１１の一端から、スイッチ素子３２０、コンデンサ３２２を経て２次巻線３１１の他端に至る経路を電流が流れる。コンデンサ３２２に電荷が蓄積され、コンデンサ３２２の電圧が高電圧バッテリＢ３１の電圧の１／２になる。
【００７５】
制御回路３３は、図１７に示す第２制御状態である時刻ｔ３１〜ｔ３４の間、スイッチ素子３０３、３０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子３２０、３２１をオフ状態にする。しかし、制御回路３３は、第２制御状態の期間中の時刻ｔ３２〜ｔ３３の間、スイッチ素子３２０をオン状態にする。
【００７６】
図１９に示すように、時刻ｔ３１〜ｔ３２の間、スイッチ素子３０３がオンすることで、低電圧バッテリＢ３０の正極端から、チョークコイル３０１、スイッチ素子３０３を経て低電圧バッテリＢ３０の負極端に至る経路を電流が流れる。また、スイッチ素子３０４がオンすることで、低電圧バッテリＢ３０の正極端から、チョークコイル３０２、スイッチ素子３０４を経て低電圧バッテリＢ３０の負極端に至る経路を電流が流れる。このとき、チョークコイル３０１、３０２に磁気エネルギーが蓄積される。スイッチ素子３０３、３０４がオンしているため、１次巻線３１０の一端と他端が接続される。従って、１次巻線３１０に印加される電圧が０になる。その結果、２次巻線３１１に電圧が誘起されなくなる。
【００７７】
図２０に示すように、時刻ｔ３２〜ｔ３３の間、スイッチ素子３２０がオンすると、２次巻線３１１、スイッチ素子３２０を介してコンデンサ３２２の一端と他端が接続される。コンデンサ３２２の電圧は、高電圧バッテリＢ３１の電圧の１／２になっている。その結果、コンデンサ３２２の一端から、スイッチ素子３２０、２次巻線３１１を経てコンデンサ３２２、３２３の直列接続点に至る経路を電流が流れる。これにより、１次巻線３１０の他端から、スイッチ素子３０４、スイッチ素子３０３を経て１次巻線３１０の一端に至る経路を電流が流れる。これにより、図１７に示すように、スイッチ素子３０３を流れていた電流が、速やかに減少して０になり、その後、電流の向きが反転して逆方向に流れるようになる。一方、スイッチ素子３０４を流れていた電流は、速やかに増加する。
【００７８】
図１６に示すように、スイッチ素子３２０には、寄生容量からなるコンデンサＣが並列接続されている。時刻ｔ３３〜ｔ３４の間、スイッチ素子３２０をオフ状態にすると、トランス３１の漏れインダクタンスと、スイッチ素子３２０の寄生容量等によって決まる周波数で共振が発生する。その結果、図１７に示すように、スイッチ素子３０３を流れる電流が０になる。
【００７９】
制御回路３３は、スイッチ素子３０３に流れる電流が０になる時刻ｔ３４で、スイッチ素子３０３をオフするとともに、スイッチ素子３２１をオンする。スイッチ素子３０３に流れる電流が０になるタイミングでスイッチ素子３０３をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。その結果、スイッチ素子３０３がオフ状態に、スイッチ素子３０４がオン状態になるとともに、スイッチ素子３２０がオフ状態に、スイッチ素子３２１がオン状態になる。そして、第３制御状態である時刻ｔ３５までの間、この状態を継続する。
【００８０】
制御回路３３は、第４制御状態である時刻ｔ３５〜ｔ３８の間、スイッチ素子３０３、３０４をオン状態にするとともに、スイッチ素子３２０、３２１をオフ状態にする。しかし、制御回路３３は、第４制御状態の期間中の時刻ｔ３６〜ｔ３７の間、スイッチ素子３２１をオン状態にする。その結果、第２制御状態と同一の原理でスイッチ素子３０４を流れる電流が０になる。そのため、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子３０４に電流が０になるタイミングでスイッチ素子３０４をオフするため、その際に発生するサージ電圧は非常に小さくなる。
【００８１】
制御回路３３は、以降、第１〜第４制御状態を周期Ｔｓ毎に繰り返す。その結果、コンデンサ３２２、３２３を介して高電圧バッテリＢ３１に継続して電力が供給され、高電圧バッテリＢ３１が充電される。
【００８２】
第３実施形態によれば、従来とは制御の仕方が異なり、第１〜第４制御状態が繰り返される。そして、第２制御状態の期間中に、制御回路３３がスイッチ素子３２０をオン状態にすることで、スイッチ素子３０３に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子３０３に流れている電流を減少させることができる。従って、第２制御状態から第３制御状態に移行する際に、スイッチ素子３０３をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。また、第４制御状態の期間中に、制御回路３３がスイッチ素子３２１をオン状態にすることで、スイッチ素子３０４に流れている電流に対して逆方向の電流を発生させることができる。そのため、スイッチ素子３０４に流れている電流を抑えることができる。従って、第４制御状態から第１制御状態に移行する際に、スイッチ素子３０４をターンオフしても、その際に発生するサージ電圧を抑えることができる。これにより、従来とは制御の仕方が異なる電力変換装置３において、サージ電圧を抑えることができる。
【００８３】
第３実施形態によれば、第２制御状態から第３制御状態に移行する際、スイッチ素子３０３に流れる電流が０のときに、制御回路３３が、スイッチ素子３０３をオフする。また、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、スイッチ素子３０４に流れる電流が０のときに、制御回路３３が、スイッチ素子３０４をオフする。そのため、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００８４】
第３実施形態によれば、制御回路３３が、第１電力変換回路３０及び第２電力変換回路３２の入出力電圧及び入出力電流の少なくともいずれかに基づいて、第２制御状態の期間中におけるスイッチ素子３２０のオン時間（ｔ３２〜ｔ３３）、及び、第４制御状態の期間中におけるスイッチ素子３２１のオン時間（ｔ３６〜ｔ３７）を調整する。そのため、第１電力変換回路３０及び第２電力変換回路３２の入出力電圧や入出力電流が変化しても、それに影響されることなく、サージ電圧を確実に抑えることができる。
【００８５】
第３実施形態によれば、トランス３１は、１つの１次巻線３１０を有している。第１電力変換回路３０は、直列接続されたスイッチ素子３０３、３０４を有し、スイッチ素子３０３の一端が１次巻線３１０の一端に、スイッチ素子３０４の一端が１次巻線３１０の他端にそれぞれ接続されている。このような第１電力変換回路３０及びトランス３１を有する電力変換装置３においてサージ電圧を抑えることができる。
【００８６】
第３実施形態によれば、第２電力変換回路３２は、スイッチ素子３２０、３２１と、コンデンサ３２２、３２３とを有し、直列接続されたスイッチ素子３２０、３２１と直列接続されたコンデンサ３２２、３２３を並列接続して構成されている。そして、スイッチ素子３２０、３２１の直列接続点が２次巻線３１１に一端に、コンデンサ３２２、３２３の直列接続点が２次巻線３１１の他端にそれぞれ接続されている。このような第２電力変換回路３２を有する電力変換装置３においてサージ電圧を抑えることができる。
【００８７】
なお、第１〜第３実施形態では、第２制御状態から第３制御状態に移行する際、及び、第４制御状態から第１制御状態に移行する際、第１電力変換回路のスイッチ素子に流れる電流が０のときに、制御回路が、そのスイッチ素子をオフする例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチ素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になったとき、そのスイッチ素子をオフしてもよい。図３に示すｔ１２〜ｔ１３、図１１に示すｔ２２〜ｔ２３、図１７に示すｔ３２〜ｔ３３において、スイッチ素子に流れる電流が０近傍の所定範囲内になったときに、そのスイッチ素子をオフしてもよい。スイッチ素子に流れる電流の向きが反転して逆方向になったときに、そのスイッチ素子をオフしてもよい。この場合も、サージ電圧を抑えることができる。
【００８８】
ところで、スイッチ素子には、寄生ダイオードが並列接続されている。前述したように、スイッチ素子に流れる電流の向きが反転して逆方向になったときに、そのスイッチ素子をオフすると、それまでスイッチ素子に流れていた電流が寄生ダイオードに流れるようになる。そのため、サージ電圧を確実に抑えることができる。寄生ダイオードでなく、スイッチ素子に、別途ダイオードを並列接続しても同様の効果を得ることができる。
【００８９】
第１〜第３実施形態では、第１電力変換回路、トランス及び第２電力変換回路がそれぞれ所定の構成である例を挙げているが、これに限られるものではない。トランスが１つの１次巻線を有する場合、第１電力変換回路は、第２実施形態における構成であればよい。トランスが２つの１次巻線を有する場合、第１電力変換回路は、第１実施形態における構成でもよいし、第３実施形態における構成でもよい。第２電力変換回路は、第１及び第２実施形態における構成でもよいし、第３実施形態における構成でもよい。電力変換装置は、第１〜第３実施形態の第１電力変換回路、トランス及び第２電力変換回路を組み合わせて構成すればよい。いずれの場合も同様の効果を得ることができる。
【００９０】
第１〜第３実施形態では、第１及び第３制御状態で、第２電力変換回路の所定のスイッチ素子をオン状態にしている例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチ素子に寄生ダイオードが並列接続されているので、第１及び第３制御状態のとき、このスイッチ素子をオン状態にしなくてもよい。寄生ダイオードによって整流することはできる。
【００９１】
第１〜第３実施形態では、第２制御状態に移行してから所定時間経過後、及び、第４制御状態に移行してから所定時間経過後に、第２電力変換回路の所定のスイッチ素子をオン状態にする例を挙げているが、これに限られるものではない。第２制御状態の移行直後、及び、第４制御状態の移行直後に、第２電力変換回路の所定のスイッチ素子をオン状態にしてもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・電力変換装置、１０・・・第１電力変換回路、１００・・・コンデンサ、１０１・・・チョークコイル、１０２・・・スイッチ素子（第１スイッチ素子）、１０３・・・スイッチ素子（第２スイッチ素子）、１１・・・トランス、１１０、１１１・・・１次巻線、１１２・・・２次巻線、１２・・・第２電力変換回路、１２０、１２３・・・スイッチ素子（第３スイッチ素子）、１２１、１２２・・・スイッチ素子（第４スイッチ素子）、１２４・・・コンデンサ、１３・・・制御回路、Ｂ１０・・・低電圧バッテリ、Ｂ１１・・・高電圧バッテリ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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