(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源と、
前記複数の電源に各々設けられ、前記電源と負荷との間の電力変換を行う複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器の間を導通及び遮断するスイッチング素子である連結素子と、
を備え、
前記複数の電源の１つから前記負荷へ電力を供給する際、前記連結素子を導通状態とすることによって当該１つの電源に設けられた電力変換器と当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器とを導通させて制御を行うことによって、前記連結素子又は当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器に損失を負担させることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記複数の電源の各々は、前記複数の電力変換器の１つの上アームと下アームを繋ぐノードに接続されており、前記連結素子は前記ノード間に設けられていることを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源システムであって、
前記連結素子は、両耐圧特性を有するスイッチング素子であることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を用いた電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの直流電源にそれぞれ個別の昇圧チョッパを設けた電源システムが開示されている（特許文献１）。昇圧チョッパを並列に配置し、それぞれを独立に制御することによって、２つの直流電源から負荷へ電力を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源システムにおいて電源から供給できる最大電力を制限する要因の１つはスイッチング素子の発熱である。従来の電源システムでは、２つの電源からそれぞれ個別に電力を供給する構成とされているので、一方の電源のみから電力を供給する場合には他方の昇圧チョッパは休止状態となる。したがって、使用中の昇圧チョッパのみで発熱が生じ、休止状態の昇圧チョッパでは発熱が生じない。したがって、使用中の昇圧チョッパのみに発熱の負荷が掛かり、電源システムから供給できる最大電力は一方の昇圧チョッパの発熱許容量に依存することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、複数の電源と、前記複数の電源に各々設けられ、前記電源と負荷との間の電力変換を行う複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器の間を導通及び遮断するスイッチング素子である連結素子と、を備え、前記複数の電源の１つから前記負荷へ電力を供給する際、前記連結素子を導通状態とすることによって当該１つの電源に設けられた電力変換器と当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器とを導通させて制御を行うことによって、前記連結素子又は当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器に損失を負担させることを特徴とする電源システムである。
【０００６】
ここで、前記複数の電源の各々は、前記複数の電力変換器の１つの上アームと下アームを繋ぐノードに接続されており、前記連結素子は前記ノード間に設けられていることが好適である。
【０００７】
また、前記連結素子は、両耐圧特性を有するスイッチング素子であることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の電源にそれぞれ電力変換器を備えた電源システムにおいて、それぞれのスイッチング素子の発熱の負担を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図２】非動作側の電力変換器にて損失負担させる場合の力行制御時のリアクトル電流の時間変化を示す図である。
【図３】非動作側の電力変換器にて損失負担させる場合の力行制御時の電源システムの状態を示す図である。
【図４】非動作側の電力変換器にて損失負担させる場合の回生制御時のリアクトル電流の時間変化を示す図である。
【図５】非動作側の電力変換器にて損失負担させる場合の回生制御時の電源システムの状態を示す図である。
【図６】連結素子にて損失負担させる場合の力行制御時のリアクトル電流の時間変化を示す図である。
【図７】連結素子にて損失負担させる場合の力行制御時の電源システムの状態を示す図である。
【図８】連結素子にて損失負担させる場合の回生制御時のリアクトル電流の時間変化を示す図である。
【図９】連結素子にて損失負担させる場合の回生制御時の電源システムの状態を示す図である。
【図１０】従来の電源システム制御における各素子の温度変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態の電源システム制御における各素子の温度変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における電源システムの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態における電源システム１００は、図１に示すように、直流電源１０（１０ａ，１０ｂ）、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含んで構成される。電源システム１００には、負荷１０２が接続される。負荷１０２は、例えば、回転電機（モータ・ジェネレータ）等とすることができる。
【００１１】
第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４の少なくとも１つを介して直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂの少なくとも１つから負荷１０２へと電力が供給される（力行）。また、第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４の少なくとも１つを介して負荷１０２から直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂの少なくとも１つへ電力が回収される（回生）。
【００１２】
なお、第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４と負荷１０２との間に直流−交流変換を行うためのインバータ等を設けた構成としてもよい。
【００１３】
直流電源１０（１０ａ，１０ｂ）は、充放電が可能な蓄電手段を含んで構成される。直流電源１０は、例えば、二次電池や電気二重層キャパシタ等とすることができる。
【００１４】
第１電力変換器１２は、直流電源１０ａの電力変換を行う回路を含んで構成される。すなわち、直流電源１０ａの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ａへ回生する。第１電力変換器１２は、上アーム１２ａ、下アーム１２ｂ及びリアクトル１２ｃを含んで構成される。上アーム１２ａは、上アーム側スイッチング素子１２ｄと帰還ダイオード１２ｅとが並列に接続されている。下アーム１２ｂは、下アーム側スイッチング素子１２ｆと帰還ダイオード１２ｇとが並列に接続されている。上アーム１２ａと下アーム１２ｂとは直列に接続され、その両端に負荷１０２が接続される。また、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの接続点Ｃ１にリアクトル１２ｃを介して直流電源１０ａに接続される。
【００１５】
第２電力変換器１４は、直流電源１０ｂの電力変換を行う回路を含んで構成される。すなわち、直流電源１０ｂの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ｂへ回生する。第２電力変換器１４は、上アーム１４ａ、下アーム１４ｂ及びリアクトル１４ｃを含んで構成される。上アーム１４ａは、上アーム側スイッチング素子１４ｄと帰還ダイオード１４ｅとが並列に接続されている。下アーム１４ｂは、下アーム側スイッチング素子１４ｆと帰還ダイオード１４ｇとが並列に接続されている。上アーム１４ａと下アーム１４ｂとは直列に接続され、その両端に負荷１０２が接続される。また、上アーム１４ａと下アーム１４ｂとの接続点Ｃ２にリアクトル１４ｃを介して直流電源１０ｂに接続される。
【００１６】
連結素子１６は、接続点Ｃ１と接続点Ｃ２との間に接続されるスイッチング素子である。連結素子１６は、双方向スイッチング素子、すなわちオン時において接続点Ｃ１から接続点Ｃ２への電流及び接続点Ｃ２から接続点Ｃ１への電流に対していずれも低い抵抗値となり、オフ時において接続点Ｃ１と接続点Ｃ２との両側に対して耐圧性を有する素子とすることが好適である。
【００１７】
本実施の形態における電源システム１００では、連結素子１６を備えることによって、第１電力変換器１２のみならず、第２電力変換器１４を介して、直流電源１０ａの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ａへ回生することができる。また、第２電力変換器１４のみならず、第１電力変換器１２を介して、直流電源１０ｂの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ｂへ回生することができる。
【００１８】
電源システム１００は、外部の制御部（図示しない）によって制御される。制御部は、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６に含まれるスイッチング素子の開閉制御を行う。制御部は、マイクロコンピュータ等を含んで構成される。制御部による制御については後述する。
【００１９】
［非動作側の電力変換器による損失負担（力行時）］
以下、図２及び図３を参照しつつ、直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行時における電源システム１００の制御について説明する。図２は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図３は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
【００２０】
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。
【００２１】
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００２２】
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。この迂回経路によって、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。
【００２３】
時刻ｔ４では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから帰還ダイオード１４ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆにターンオフ損失が発生する。一方、直流電源１０ａからは帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。
【００２４】
時刻ｔ５では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。直流電源１０ａから上アーム側スイッチング素子１２ｄ及び帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。ただし、直流電源１０ｂからの電流は帰還ダイオード１４ｅを介して既に流れているので、この制御は省略してもよい。
【００２５】
時刻ｔ６では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。
【００２６】
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００２７】
時刻ｔ８では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、直流電源１０ａからの電流は帰還ダイオード１２ｅを流れ続けるので、電流の状態は変化しない。
【００２８】
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに電流が流れ始め、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオン損失が発生する。
【００２９】
時刻ｔ１０では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。あらかじめ連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆがオン状態とされているので下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作では無損失である。
【００３０】
時刻ｔ１１では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。
【００３１】
上記時刻ｔ１〜ｔ１１の制御を繰り返すことにより直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも発熱の負担を分担することができ、電源システム１００から負荷１０２へ供給できる最大電力を高めることができる。
【００３２】
［非動作側の電力変換器による損失負担（回生時）］
以下、図４及び図５を参照しつつ、負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生時における電源システム１００の制御について説明する。図４は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図５は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
【００３３】
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。
【００３４】
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００３５】
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。このとき、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。
【００３６】
時刻ｔ４では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れると共に、負荷１０２から直流電源１０ａに回生電流が流れる。これにより、上アーム側スイッチング素子１４ｄにターンオン損失が発生する。
【００３７】
時刻ｔ５では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１２ｄを介して直流電源１０ａへ回生電流が流れる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄがオン状態に維持されているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄでのターンオン損失は発生しない。
【００３８】
時刻ｔ６では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。
【００３９】
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００４０】
時刻ｔ８では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。これにより、上アーム側スイッチング素子１２ｄを流れる電流が断たれ、負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して直流電源１０ａへ回生電流が流れるようになる。ただし、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄのターンオフ損失は発生しない。
【００４１】
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、上アーム側スイッチング素子１４ｄにターンオフ損失が発生する。
【００４２】
時刻ｔ１０では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。電流は、帰還ダイオード１２ｇを流れるので、下アーム側スイッチング素子１２ｆのターンオン損失は発生しない。ただし、この制御は省略してもよい。
【００４３】
時刻ｔ１１では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。
【００４４】
上記時刻ｔ１〜ｔ１１の制御を繰り返すことにより負荷１０２からへ電力を回収する回生制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも発熱の負担を分担することができ、負荷１０２から電源システム１００へ回収できる最大電力を高めることができる。
【００４５】
［連結素子による損失負担（力行時）］
以下、図６及び図７を参照しつつ、直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行時における電源システム１００の制御について説明する。図６は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図７は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
【００４６】
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。
【００４７】
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００４８】
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。この迂回経路によって、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。
【００４９】
時刻ｔ４では、連結素子１６をオフ状態とする。このとき、連結素子１６にターンオフ損失が発生する。また、直流電源１０ａからは帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。
【００５０】
時刻ｔ５では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオフ損失が発生する。
【００５１】
時刻ｔ６では、連結素子１６がオン状態とされる。続いて、時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。直流電源１０ａから上アーム側スイッチング素子１２ｄ及び帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。ただし、直流電源１０ｂからの電流は帰還ダイオード１４ｅを介して既に流れているので、時刻ｔ５〜時刻ｔ７の制御は省略してもよい。
【００５２】
時刻ｔ８では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。
【００５３】
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００５４】
時刻ｔ１０では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、直流電源１０ａからの電流は帰還ダイオード１２ｅを流れ続けるので、電流の状態は変化しない。
【００５５】
時刻ｔ１１では、連結素子１６をオフ状態とする。時刻ｔ１２では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、リアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流が遮断されるので上アーム側スイッチング素子１４ｄにおいて僅かなターンオフ損失が発生する。
【００５６】
時刻ｔ１３では、連結素子１６をオン状態とする。直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。このとき、連結素子１６においてターンオン損失が発生する。
【００５７】
時刻ｔ１４では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。あらかじめ連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆがオン状態とされているので下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作では無損失である。
【００５８】
時刻ｔ１５では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。
【００５９】
上記時刻ｔ１〜ｔ１５の制御を繰り返すことにより直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも発熱の負担を分担することができ、電源システム１００から負荷１０２へ供給できる最大電力を高めることができる。
【００６０】
［連結素子による損失負担（回生時）］
以下、図８及び図９を参照しつつ、負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生時における電源システム１００の制御について説明する。図８は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図９は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
【００６１】
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。
【００６２】
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００６３】
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。このとき、リアクトル１２ｃを流れる電流は帰還ダイオード１２ｇを介して流れているため、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作ではターンオフ損失は発生しない。
【００６４】
時刻ｔ４では、連結素子１６をオフ状態とする。ただし、この制御は省略してもよい。
【００６５】
時刻ｔ５では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオフ損失が発生する。
【００６６】
時刻ｔ６では、連結素子１６がオン状態とされる。このとき、連結素子１６においてターンオン損失が発生する。
【００６７】
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１２ｄを介して直流電源１０ａへ電流が流れる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄからなる迂回経路がオン状態とされているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄにおいてターンオン損失は発生しない。
【００６８】
時刻ｔ８では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。
【００６９】
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。
【００７０】
時刻ｔ１０では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄからなる迂回経路がオン状態とされているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄにおいてターンオフ損失は発生しない。
【００７１】
時刻ｔ１１では、連結素子１６をオフ状態とする。このとき、連結素子１６においてターンオフ損失が発生する。
【００７２】
時刻ｔ１２では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、リアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流が遮断されるので、上アーム側スイッチング素子１４ｄにおいて僅かなターンオフ損失が発生する。
【００７３】
時刻ｔ１３では、連結素子１６をオン状態とする。続いて、時刻ｔ１４では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。ただし、リアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流は帰還ダイオード１２ｇを介して流れているため、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作によるターンオン損失は発生しない。なお、時刻ｔ１２〜ｔ１４の制御は省略してもよい。
【００７４】
時刻ｔ１５では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。
【００７５】
上記時刻ｔ１〜ｔ１５の制御を繰り返すことにより負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも発熱の負担を分担することができ、負荷１０２から電源システム１００へ回収できる最大電力を高めることができる。
【００７６】
［スイッチング損失による素子の温度上昇制御］
図１０は、力行時における従来のスイッチング制御による第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度の時間変化を示す。
【００７７】
図１０に示されるように、従来のスイッチング制御では動作側の第１電力変換器１２のみを用いて力行制御が行われるので、下アーム側スイッチング素子１２ｆの温度のみが時間経過と共に上昇し、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６の温度は上昇しない。したがって、加熱負荷が下アーム側スイッチング素子１２ｆのみに掛かり、電源システム１００から供給できる最大電力は動作側の第１電力変換器１２の発熱許容量に依存することになっていた。
【００７８】
図１１は、本実施の形態におけるスイッチング制御を適用したときの第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度の時間変化を示す。
【００７９】
ここでは、動作側の第１電力変換器１２、非動作側の第２電力変換器１４及び連結素子１６における温度上昇が分散されるように、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない力行制御（期間Ｔ１）と、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ２）と、連結素子１６にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ３）と、を時間的に切り替える制御を繰り返す。繰り返しの周期（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は、例えば、数１００ｍｓ程度にすればよい。
【００８０】
これによって、図１１に示されるように、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない力行制御（期間Ｔ１）では、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆの温度が上昇し、非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６の温度は低下する。また、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ２）では、非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆの温度が上昇し、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ及び連結素子１６の温度は低下する。また、連結素子１６にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ３）では、連結素子１６の温度が上昇し、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ及び非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆの温度は低下する。このようにして、第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度が均等化される。
【００８１】
以上のように、電源システム１００において、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子の発熱の負担を制御し、力行時における最大供給電力を向上させることができる。また、回生時においても、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない回生制御（期間Ｔ１）と、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する回生制御（期間Ｔ２）と、連結素子１６にて損失を負担する回生制御（期間Ｔ３）と、を時間的に切り替える制御を繰り返せばよい。
【００８２】
なお、本実施の形態では、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子の発熱の負担を均等化する例を示したが、各スイッチング素子の許容熱容量が異なる場合、許容熱容量が大きい素子に許容熱容量が小さい素子より熱負荷が大きく掛かるように制御してもよい。例えば、力行制御又は回生制御において上記期間Ｔ１〜Ｔ２のデューティ比を不均等にして、許容熱容量が大きい素子の温度の上昇期間を長くし、許容熱容量が小さい素子の温度の上昇期間を短くすればよい。
【００８３】
また、本実施の形態では、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子のそれぞれにおいて発熱の負担を分担したが、いずれか２つに含まれるスイッチング素子に発熱を分担させるようにしてもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、下アーム側スイッチング素子１４ｆに並列に直流電源１０ｂを接続した構成としたが、図１２に示すように、上アーム側スイッチング素子１４ｄに並列に直流電源１０ｂを接続した電源システム１０４としてもよい。この場合、副作用的に流れる非動作側のリアクトル電流の向きが反転すること以外は制御方法及び作用・効果は上記実施の形態と同様である。また、下アーム側スイッチング素子１２ｆに並列に直流電源１０ａを接続した構成としたが、上アーム側スイッチング素子１２ｄに並列に直流電源１０ａを接続した構成としてもよい。
【００８５】
また、本実施の形態では、直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂにそれぞれ第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４を接続した構成を示したが、３つ以上の電源及び電力変換器を有する構成としてもよい。この場合も、各電力変換器を連結素子で接続し、力行制御時又は回生制御時において連結素子をオン状態（導通状態）とすることによって電力損失を複数の電力変換器又は連結素子に負担させることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０（１０ａ，１０ｂ）  直流電源、１２  第１電力変換器、１２ａ  上アーム、１２ｂ  下アーム、１２ｃ  リアクトル、１２ｄ  上アーム側スイッチング素子、１２ｅ  帰還ダイオード、１２ｆ  下アーム側スイッチング素子、１２ｇ  帰還ダイオード、１４  第２電力変換器、１４ａ  上アーム、１４ｂ  下アーム、１４ｃ  リアクトル、１４ｄ  上アーム側スイッチング素子、１４ｅ  帰還ダイオード、１４ｆ  下アーム側スイッチング素子、１４ｇ  帰還ダイオード、１６  連結素子、１００，１０４  電源システム、１０２  負荷。
【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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