(57)【要約】【課題】  変換効率を改善することにより小型化が可能なＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】  電流をチョッピングするスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備えたプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータ１において、一次巻き線が直列に接続された２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）と該２個の高低電圧用巻き線の接続点に一方の端子が接続された高電圧用巻き線（巻き線Ａ）とからなるトランスＴ１と、高低電圧用巻き線及び高電圧用巻き線に対する通電切替を行うために、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及び切替制御手段６ｃからなる切替回路とを備え、切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）のいずれか一方に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）のいずれか一方と高電圧用巻き線（巻き線Ａ）とに通電する。【選択図】  図１
2005086936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流をチョッピングするスイッチング素子を備えたプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
一次巻き線が直列に接続された２個の高低電圧用巻き線と、該２個の高低電圧用巻き線の接続点に一方の端子が接続された高電圧用巻き線とからなるトランスと、
前記高低電圧用巻き線、及び前記高電圧用巻き線に対する通電切替を行う切替回路と
を備え、
前記切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を前記２個の高低電圧用巻き線のいずれか一方に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を前記２個の高低電圧用巻き線のいずれか一方と前記高電圧用巻き線とに通電する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
電流をチョッピングするスイッチング素子を備えたフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線と高電圧用巻き線とからなるトランスと、
前記高低電圧用巻き線、及び前記高電圧用巻き線に対する通電切替を行う切替回路と
を備え、
前記切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を前記高低電圧用巻き線に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を前記高低電圧用巻き線と前記高電圧用巻き線とに通電する
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記切替回路に備えられたスイッチング素子が双方向スイッチである
ことを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記高低電圧用巻き線の抵抗値を前記高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記切替回路に備えられたスイッチング素子は、オフ動作時に零電流になるまでの時間が所定値以上の素子であり、前記電流をチョッピングするスイッチング素子は、オフ動作時に零電流になるまでの時間が所定値未満の素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記切替回路に備えられたスイッチング素子は、導通損失が所定値以下の素子であり、前記電流をチョッピングするスイッチング素子は、導通損失が所定値を超える素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線と高電圧用巻き線とからなるトランスと、入力電圧が低電圧の場合、前記高低電圧用巻き線のみに対する通電をチョッピング制御する第１のスイッチング素子と、入力電圧が高電圧の場合、前記高低電圧用巻き線及び前記高電圧用巻き線に対する通電をチョッピング制御する第２のスイッチング素子とを備えたフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記高低電圧用巻き線の抵抗値を前記高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くする
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
入力電流が所定値以上で入力電流を制限する入力電流制限手段を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
入力電圧が所定値以下で出力電流を制限する出力電流制限手段を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入出力電圧をワイドレンジにする（対応する入出力電圧範囲を広くする）ために、入力側（トランスの一次側）に昇圧回路を設けたり、出力側（トランスの二次側）に降圧回路を設けることにより、入出力の電圧差の調整を行っている。また、トランスの一次巻き線に中間タップを備え、中間タップの位置からあとの巻き線に電流を通電するか否かを制御することで、トランスの一次巻き線と二次巻き線との巻き数比を切り替え、これにより電圧変換比を切り替えて入出力の電圧差の調整を行うものもある（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平９−１９１３６号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３０３５号公報
【特許文献３】特開平１１−２６２２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、入力側に昇圧回路を設けたり出力側に降圧回路を設けることは、装置が大型化するという問題があった。
また、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載された技術のように、トランスの一次巻き線に単方向の電流を流して降圧する、あるいは一次巻き線と二次巻き線の巻き数比を単純に切り替えるだけでは変換効率が悪く、出力電圧を大きくするにはトランスを大型化しなければならないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、変換効率を改善することにより小型化が可能なＤＣ／ＤＣコンバータ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】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、電流をチョッピングするスイッチング素子（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ４）を備えたプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば後述する実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１）であって、一次巻き線が直列に接続された２個の高低電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ｂ、巻き線Ｃ）と、該２個の高低電圧用巻き線の接続点に一方の端子が接続された高電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ａ）とからなるトランス（例えば後述する実施例のトランスＴ１）と、前記高低電圧用巻き線、及び前記高電圧用巻き線に対する通電切替を行う切替回路（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、及び切替制御手段６ｃ）とを備え、前記切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を前記２個の高低電圧用巻き線のいずれか一方に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を前記２個の高低電圧用巻き線のいずれか一方と前記高電圧用巻き線とに通電することを特徴とする。
【０００６】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、プッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力電圧が低電圧の場合と高電圧の場合とで、トランスの一次巻き線と二次巻き線との巻き数比を切り替え、これにより電圧変換比を広範囲に切り替えることができる。
【０００７】
請求項２の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、電流をチョッピングするスイッチング素子（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ５、スイッチング素子Ｑ６、スイッチング素子Ｑ７、スイッチング素子Ｑ８）を備えたフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば後述する実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ８）であって、一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ｄ）と高電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ｅ）とからなるトランス（例えば後述する実施例のトランスＴ２）と、前記高低電圧用巻き線、及び前記高電圧用巻き線に対する通電切替を行う切替回路（例えば後述する実施例の双方向スイッチＱ９、双方向スイッチＱ１０、及び切替制御手段６ｃ）とを備え、前記切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を前記高低電圧用巻き線に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を前記高低電圧用巻き線と前記高電圧用巻き線とに通電することを特徴とする。
【０００８】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、フルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力電圧が低電圧の場合と高電圧の場合とで、トランスの一次巻き線と二次巻き線との巻き数比を切り替え、これにより電圧変換比を広範囲に切り替えることができる。
【０００９】
請求項３の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記切替回路に備えられたスイッチング素子が双方向スイッチであることを特徴とする。
【００１０】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、切替回路に双方向スイッチを用いることで、切替回路を高速にスイッチングする必要がなくなる。そのため、切替回路に用いる素子の応答特性を遅くして導通損失を改善することができる。
【００１１】
請求項４の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１から請求項３のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記高低電圧用巻き線の抵抗値を前記高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くすることを特徴とする。
【００１２】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線で消費される電力を低下させることができる。
【００１３】
請求項５の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１から請求項４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記切替回路に備えられたスイッチング素子は、オフ動作時に零電流になるまでの時間が所定値以上の素子であり、前記電流をチョッピングするスイッチング素子は、オフ動作時に零電流になるまでの時間が所定値未満の素子であることを特徴とする。
【００１４】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、切替回路に備えられたスイッチング素子での導通損失を低減することができる。また、電流をチョッピングするスイッチング素子での応答特性を改善することができる。
【００１５】
請求項６の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１から請求項４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記切替回路に備えられたスイッチング素子は、導通損失が所定値以下の素子であり、前記電流をチョッピングするスイッチング素子は、導通損失が所定値を超える素子であることを特徴とする。
【００１６】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、切替回路に備えられたスイッチング素子での導通損失を低減することができる。また、電流をチョッピングするスイッチング素子での応答特性を改善することができる。
【００１７】
請求項７の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ｆ）と高電圧用巻き線（例えば後述する実施例の巻き線Ｇ）とからなるトランス（例えば後述する実施例のトランスＴ３）と、入力電圧が低電圧の場合、前記高低電圧用巻き線のみに対する通電をチョッピング制御する第１のスイッチング素子（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ１２）と、入力電圧が高電圧の場合、前記高低電圧用巻き線及び前記高電圧用巻き線に対する通電をチョッピング制御する第２のスイッチング素子（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ１１）とを備えたフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば後述する実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ９）において、前記高低電圧用巻き線の抵抗値を前記高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くすることを特徴とする。
【００１８】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線で消費される電力を低下させることができる。
【００１９】
請求項８の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１から請求項７のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力電流が所定値以上で入力電流を制限する入力電流制限手段（例えば後述する電流制限手段６ｂ）を備えたことを特徴とする。
【００２０】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電流が増加した場合、出力に要求される最大電流以下に入力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。
【００２１】
請求項９の発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１から請求項７のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入力電圧が所定値以下で出力電流を制限する出力電流制限手段（例えば後述する電流制限手段６ｂ）を備えたことを特徴とする。
【００２２】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧が所定値より低電圧の場合、出力に要求される最大電流以下に出力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１及び２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、プッシュプル型、あるいはフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、トランスの一次巻き線と二次巻き線との巻き数比を切り替え、これにより電圧変換比を広範囲に切り替えることができる。また、請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、フルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、切替回路に双方向スイッチを利用することで、切替回路に用いる素子の応答特性を遅くして導通損失を改善することができる。従って、電圧の変換効率を改善し、小型化が可能なＤＣ／ＤＣコンバータを実現することができるという効果が得られる。
【００２４】
また、請求項４及び７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線で消費される電力を低下させることができる。従って、小型化することにより放熱特性が低下した高低電圧用巻き線において、巻き線からの発熱を抑制すると共に、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することができるという効果が得られる。
また、請求項５及び６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、切替回路に備えられたスイッチング素子での導通損失を低減することができ、一方、電流をチョッピングするスイッチング素子での応答特性を改善することができる。従って、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することができるという効果が得られる。
【００２５】
更に、請求項８及び９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、入力電流が増加した場合、入力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。また、入力電圧が所定値より低電圧の場合、出力電流を制限することで、同様に入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。従って、安定してＤＣ／ＤＣコンバータを動作させることができると共に、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２７】
（全体構成）
図１は、本発明の第１の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。なお、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータは、特にＥＶ（Electric Vehicles）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles ）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータがＥＶやＨＥＶに搭載された場合について説明する。
図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、入力された電圧を昇圧または降圧して出力するプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）であって、本実施例では入力された電圧を降圧して出力するダウンバータとする。
【００２８】
具体的にＤＣ／ＤＣコンバータ１について説明すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、車両の走行用モータを駆動するための電力を蓄電する高電圧バッテリＢ１により入力端子から入力された電力を降圧するために、高電圧バッテリＢ１の正極側端子が、過電流保護のために挿入されるヒューズＨと、入力電流を測定する電流センサ２を介して、３つの巻き線Ａ、Ｂ、Ｃから構成されたトランスＴ１の一次巻き線の一方の端子、すなわち巻き線Ａの一方の端子に接続されている。
【００２９】
なお、トランスＴ１を構成する巻き線Ａ、Ｂ、Ｃの各抵抗値は、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｂの抵抗値」、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｃの抵抗値」、「巻き線Ｂの抵抗値＝巻き線Ｃの抵抗値」とする。また、巻き線Ａは高電圧用巻き線、巻き線Ｂ及び巻き線Ｃは高低電圧用巻き線とする。
また、電流センサ２が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換動作を制御する制御部６へ入力されている。
更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧を測定する電圧センサ３が接続されており、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎも制御部６へ入力されている。
【００３０】
また、巻き線Ａのもう一方の端子は、巻き線Ａに電流を通電するか否かを決定するスイッチング素子Ｑ１を介して、トランスＴ１の一次巻き線を構成する巻き線Ｂと巻き線Ｃの接続点に接続されている。また、高電圧バッテリＢ１の正極側端子は、巻き線Ａに電流を通電しない場合に巻き線Ａをバイパスして巻き線Ｂまたは巻き線Ｃに電流を通電することができるように、スイッチング素子Ｑ２を介して、トランスＴ１の一次巻き線を構成する巻き線Ｂと巻き線Ｃの接続点に接続されている。
【００３１】
なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、高電圧バッテリＢ１の正極側端子側から、巻き線Ｂと巻き線Ｃの接続点側へ向かって電流を通電するように導通するスイッチング素子とする。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ１、ＷＤ２がそれぞれ接続されている。更に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、制御部６から制御線がそれぞれ接続されている。
【００３２】
従って、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして、巻き線Ａと巻き線Ｂ、あるいは巻き線Ａと巻き線Ｃに電流を通電すると、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ２をＯＮして、巻き線Ｂのみ、あるいは巻き線Ｃのみに電流を通電する場合に比較して、トランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を大きくすることができる。具体的には、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして、巻き線Ａと巻き線Ｂ、あるいは巻き線Ａと巻き線Ｃに電流を通電する場合、例えばトランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を「６：１」、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ２をＯＮして、巻き線Ｂのみ、あるいは巻き線Ｃのみに電流を通電する場合、例えばトランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を「４：１」とすることができる。
【００３３】
また、巻き線Ｃとの接続点とは反対に位置する巻き線Ｂのもう一方の端子は、スイッチング素子Ｑ３を介して、高電圧バッテリＢ１の負正極側端子へ接続されている。また、巻き線Ｂとの接続点とは反対に位置する巻き線Ｃのもう一方の端子は、スイッチング素子Ｑ４を介して、高電圧バッテリＢ１の負正極側端子へ接続されている。
なお、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は、巻き線Ｂと巻き線Ｃの接続点側から、高電圧バッテリＢ１の負極側端子側へ向かって電流を通電するように導通するスイッチング素子とする。また、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４には、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ３、ＷＤ４がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、制御部６から制御線がそれぞれ接続されている。
【００３４】
一方、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１の一方の端子には、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１に誘起した電力を整流するための整流ダイオードＤ１のアノード端子が接続されている。また、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１のもう一方の端子にも、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１に誘起した、整流ダイオードＤ１が整流する電力とは逆方向の電力を整流するための整流ダイオードＤ２のアノード端子が接続されている。また、整流ダイオードＤ１のカソード端子と整流ダイオードＤ２のカソード端子は相互に接続されており、整流ダイオードＤ１のカソード端子と整流ダイオードＤ２のカソード端子との接続点と、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１の中間タップとの間には、出力電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１が接続されると共に、整流ダイオードＤ１、Ｄ２とコンデンサＣ１との接続点には同様に出力電圧を平滑化するためのコイルＬ１の一方の端子が接続されている。
【００３５】
また、コイルＬ１のもう一方の端子とトランスＴ１の中間タップとで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力を成す。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流を測定する電流センサ４を介して、コイルＬ１のもう一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の出力端子として出力され、トランスＴ１の中間タップがＤＣ／ＤＣコンバータ１のもう一方の出力端子として出力される。なお、電流センサ４が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔは、制御部６へ入力されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を測定する電圧センサ５が接続されており、電圧センサ５が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔも、制御部６へ入力されている。
【００３６】
これにより、制御部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔ、及び出力電圧Ｖｏｕｔが目標値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎを考慮しながら、電圧制御回路６ａによりスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御して、トランスＴ１の一次巻き線に流れる電流をチョッピングする。なお、制御部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔが目標の電流値となるように、電圧制御回路６ａに指令を出す電流制限手段６ｂと、トランスＴ１の巻き線Ａに電流を通電するか否かを決定するスイッチング素子Ｑ１、及び巻き線Ａに電流を通電しない場合に巻き線ＡをバイパスしてトランスＴ１の巻き線Ｂまたは巻き線Ｃに電流を通電するスイッチング素子Ｑ２を制御する切替制御手段６ｃとを備えている。なお、制御部６の動作の詳細は後述する。
【００３７】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧された電力を蓄電する低電圧バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧された電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７とが並列に接続されている。従って、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１を搭載したＥＶやＨＥＶは、高電圧バッテリＢ１の電力により走行用モータを駆動すると共に、走行用モータの回生動作により高電圧バッテリＢ１を充電しながら走行することができる。同時に、高電圧バッテリＢ１に蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１により降圧しながら低電圧バッテリＢ２を充電し、低電圧バッテリＢ２に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７を動作させながら走行することができる。なお、高電圧バッテリＢ１としては、例えば１４４［Ｖ］系のバッテリを用いることができ、低電圧バッテリＢ２としては、例えば１２［Ｖ］系のバッテリを用いることができる。
【００３８】
（電圧変換制御）
次に、図面を参照して本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換制御動作について説明する。図２は、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１の制御部６による電圧変換制御動作を示すフローチャートである。
図２において、まず制御部６は、電流センサ２が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎが規定値１（例えば、規定値１は低電圧バッテリＢ２を充電すると共に電装負荷７が動作するのに充分な最大電流３０［Ａ］とする）以上か否かを判定する（ステップＳ１）。
ステップＳ１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎが規定値１より小さい場合（ステップＳ１のＮＯ）、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２（例えば、規定値２は、高電圧バッテリＢ１として１４４［Ｖ］系のバッテリを用いている場合１２０［Ｖ］とする）以下か否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３９】
もし、ステップＳ２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２より大きい場合（ステップＳ２のＮＯ）、切替制御手段６ｃは、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして、巻き線Ａ（高電圧用巻き線）と巻き線Ｂ（高低電圧用巻き線）、あるいは巻き線Ａ（高電圧用巻き線）と巻き線Ｃ（高低電圧用巻き線）に、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４によりチョッピングされた電流を通電する（ステップＳ３）。
一方、ステップＳ２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２以上である場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、切替制御手段６ｃは、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ２をＯＮして、巻き線Ｂ（高低電圧用巻き線）のみ、あるいは巻き線Ｃ（高低電圧用巻き線）のみに、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４によりチョッピングされた電流を通電する（ステップＳ４）。
【００４０】
また、ステップＳ１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流Ｉｉｎが規定値１以上である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、電流制限手段６ｂは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を制御する電圧制御回路６ａに、トランスＴ１の一次巻き線に流れる電流を減少させるように、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のスイッチング周波数あるいは制御デューティを下げる指示を出力する（ステップＳ５）。
【００４１】
これにより、制御部６は、入力電圧が規定値２より大きい場合は、トランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を大きくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換比を大きくすることができる。また、入力電圧が規定値２以下の場合は、トランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を小さくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換比を小さくすることができる。また、入力電圧が規定値２以下の場合は、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｂの抵抗値」、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｃの抵抗値」であるので、巻き線Ｂまたは巻き線Ｃにおける発熱を防止することができる。更に、入力電流が増加した場合、出力に要求される最大電流以下に入力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズＨの断線を防止することができる。
なお、上述のステップＳ１からステップＳ５の動作は、所定時間間隔で繰り返し実行されるものとする。
【００４２】
（電圧変換制御の別形態）
次に、図面を参照して本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換制御動作の別形態について説明する。図３は、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１の制御部６による電圧変換制御動作の別形態を示すフローチャートである。
図３において、まず制御部６は、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２（例えば、規定値２は、高電圧バッテリＢ１として１４４［Ｖ］系のバッテリを用いている場合１２０［Ｖ］とする）以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２より大きい場合（ステップＳ１１のＮＯ）、切替制御手段６ｃは、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦして、巻き線Ａ（高電圧用巻き線）と巻き線Ｂ（高低電圧用巻き線）、あるいは巻き線Ａ（高電圧用巻き線）と巻き線Ｃ（高低電圧用巻き線）に、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４によりチョッピングされた電流を通電する（ステップＳ１２）。
【００４３】
一方、ステップＳ１１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎが規定値２以上である場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、制御部６は、電流センサ４が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔが規定値１（例えば、規定値１は低電圧バッテリＢ２を充電すると共に電装負荷７が動作するのに充分な最大電流３０［Ａ］とする）以上か否かを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔが規定値１より小さい場合（ステップＳ１３のＮＯ）、切替制御手段６ｃは、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ２をＯＮして、巻き線Ｂ（高低電圧用巻き線）のみ、あるいは巻き線Ｃ（高低電圧用巻き線）のみに、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４によりチョッピングされた電流を通電する（ステップＳ１４）。
【００４４】
また、ステップＳ１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流Ｉｏｕｔが規定値１以上である場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、電流制限手段６ｂは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を制御する電圧制御回路６ａに、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１に流れる電流を減少させるように、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のスイッチング周波数あるいは制御デューティを下げる指示を出力する（ステップＳ１５）。
そして、ステップＳ１４へ進み、切替制御手段６ｃは、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｑ２をＯＮして、巻き線Ｂ（高低電圧用巻き線）のみ、あるいは巻き線Ｃ（高低電圧用巻き線）のみに、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４によりチョッピングされた電流を通電する（ステップＳ１４）。
【００４５】
これにより、制御部６は、同様に入力電圧が規定値２より大きい場合は、トランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を大きくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換比を大きくすることができる。また、入力電圧が規定値２以下の場合は、トランスＴ１の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を小さくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換比を小さくすることができる。また、入力電圧が規定値２以下の場合は、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｂの抵抗値」、「巻き線Ａの抵抗値＞巻き線Ｃの抵抗値」であるので、巻き線Ｂまたは巻き線Ｃにおける発熱を防止することができる。更に、出力電流が増加した場合、出力に要求される最大電流以下に出力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズＨの断線を防止することができる。
なお、上述のステップＳ１１からステップＳ１５の動作は、所定時間間隔で繰り返し実行されるものとする。
【００４６】
（第１の実施例に用いる素子の特性）
なお、上述の第１の実施例において、巻き線Ａに電流を通電するか否かを決定するスイッチング素子Ｑ１や、巻き線Ａに電流を通電しない場合に巻き線Ａをバイパスして巻き線Ｂまたは巻き線Ｃに電流を通電するスイッチング素子Ｑ２は、高速スイッチングは行わず、磁気飽和しないデューティ以内でスイッチング周波数を低下させることができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の効率を改善するために、低導通損失型の素子を用いることが望ましい。
【００４７】
具体的には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、図６に示した横軸をターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆ、縦軸を導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔ（素子がトランジスタの場合はコレクタ−エミッタ間飽和電圧、素子がＦＥＴの場合はドレイン−ソース間飽和電圧）とした特性図において、導通損失改善のため、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが小さいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが大きい、図中Ｐ点を含みＰ点より右側（下降時間ｔｆが大きい側）、あるいは図中Ｐ点を含みＰ点より下側（飽和電圧Ｖｓａｔが小さい側）で実線で示すような特性を備えた素子とする。
【００４８】
一方、高速スイッチングが要求されるスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は、同様に図６に示した特性図において、スイッチング速度を重視し、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが大きいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが小さい、図中Ｐ点より左側（下降時間ｔｆが小さい側）、あるいは図中Ｐ点より上側（飽和電圧Ｖｓａｔが大きい側）で点線で示すような特性を備えた素子とする。
これにより、高速スイッチングが要求されない素子では導通損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の変換効率が向上する。また、高速スイッチングが要求される素子では高速な応答により切替時の損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の変換効率が向上すると共に、安定した電圧変換動作を実行することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、電流をチョッピングするスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備えたプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータ１において、一次巻き線が直列に接続された２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）と該２個の高低電圧用巻き線の接続点に一方の端子が接続された高電圧用巻き線（巻き線Ａ）とからなるトランスＴ１と、高低電圧用巻き線及び高電圧用巻き線に対する通電切替を行うために、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及び切替制御手段６ｃからなる切替回路とを備え、切替回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１への入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）のいずれか一方に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を２個の高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）のいずれか一方と高電圧用巻き線（巻き線Ａ）とに通電する。
【００５０】
これにより、プッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータ１において、入力電圧が低電圧の場合と高電圧の場合とで、トランスの一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を切り替えて、電圧変換比を広範囲に切り替えることができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１への入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線（巻き線Ａ）の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）で消費される電力を低下させることができる。従って、小型化することにより放熱特性が低下した高低電圧用巻き線（巻き線Ｂ、Ｃ）において、巻き線からの発熱を抑制すると共に、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を小型化することができるという効果が得られる。
【００５１】
更に、高速スイッチングが要求されない素子には応答特性が遅くても導通損失の小さい素子を使用し、高速スイッチングが要求される素子には導通損失が大きくても応答特性が速い素子を使用することで、例えば切替回路に備えられたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２での導通損失を低減し、一方、電流をチョッピングするスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４での応答特性を改善する。これにより、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を小型化することができるという効果が得られる。
【００５２】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電流が所定値以上の場合、電流制限手段６ｂが入力電流を制限することで、例えば入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流が所定値以上の場合、電流制限手段６ｂが出力電流を制限するため、同様に例えば入力側に設けられるヒューズの断線を防止することができる。従って、安定してＤＣ／ＤＣコンバータ１を動作させることができるという効果が得られる。
【実施例２】
【００５３】
（全体構成）
図４は、本発明の第２の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。なお、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータも、特にＥＶ（Electric Vehicles）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles ）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータがＥＶやＨＥＶに搭載された場合について説明する。なお、図４において、第１の実施例と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施例で図１を用いて説明した構成要素と同一の動作をする構成要素とする。
図４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、入力された電圧を昇圧または降圧して出力するフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）であって、本実施例では入力された電圧を降圧して出力するダウンバータとする。
【００５４】
具体的にＤＣ／ＤＣコンバータ８について説明すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、車両の走行用モータを駆動するための電力を蓄電する高電圧バッテリＢ１により入力端子から入力された電力を降圧するために、高電圧バッテリＢ１の正極側端子及び負極側端子が、過電流保護のために挿入されるヒューズＨと、入力電流を測定する電流センサ２を介して、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８で構成されたＨブリッジに接続されている。
【００５５】
すなわち、高電圧バッテリＢ１の正極側端子は、ヒューズＨと電流センサ２を介して、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ７とに接続され、一方、高電圧バッテリＢ１の負極側端子は、スイッチング素子Ｑ６とスイッチング素子Ｑ８とに接続されている。また、Ｈブリッジを構成するスイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点は、２つの巻き線Ｄ、Ｅから構成されたトランスＴ２の一次巻き線の一方の端子、すなわち巻き線Ｄの一方の端子に接続されている。
【００５６】
また、Ｈブリッジを構成するスイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点は、巻き線Ｅに電流を通電するか否かを決定する双方向スイッチＱ９を介して、２つの巻き線Ｄ、Ｅから構成されたトランスＴ２の一次巻き線のもう一方の端子、すなわち巻き線Ｅの一方の端子に接続されている。更に、Ｈブリッジを構成するスイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点は、巻き線Ｅに電流を通電しない場合に巻き線Ｅをバイパスして巻き線Ｄに電流を通電することができるように、双方向スイッチＱ１０を介して、トランスＴ２の一次巻き線を構成する巻き線Ｄと巻き線Ｅの接続点に接続されている。
【００５７】
なお、トランスＴ２を構成する巻き線Ｄ、Ｅの各抵抗値は、「巻き線Ｅの抵抗値＞巻き線Ｄの抵抗値」とする。また、巻き線Ｄは高低電圧用巻き線、巻き線Ｅは高電圧用巻き線とする。
また、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ７は、高電圧バッテリＢ１の正極側端子側から電流が流れ出す方向へ導通するスイッチング素子とする。また、スイッチング素子Ｑ６、Ｑ８は、高電圧バッテリＢ１の負極側端子側へ向かって電流が流れ込む方向へ導通するスイッチング素子とする。更に、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８には、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ５、ＷＤ６、ＷＤ７、ＷＤ８がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧変換動作を制御する制御部６から制御線がそれぞれ接続されている。
【００５８】
また、双方向スイッチＱ９、Ｑ１０は、どちらの方向へも電流を通電することができるスイッチであって、双方向スイッチＱ９、あるいは双方向スイッチＱ１０をＯＮした場合は、巻き線Ｄと巻き線Ｅの接続点からスイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点の方向、あるいはその逆方向に電流を通電することができる。
【００５９】
従って、双方向スイッチＱ９をＯＮ、双方向スイッチＱ１０をＯＦＦして、巻き線Ｄと巻き線Ｅに電流を通電すると、双方向スイッチＱ９をＯＦＦ、双方向スイッチＱ１０をＯＮして、巻き線Ｄのみに電流を通電する場合に比較して、トランスＴ２の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を大きくすることができる。具体的には、双方向スイッチＱ９をＯＮ、双方向スイッチＱ１０をＯＦＦして、巻き線Ｄと巻き線Ｅに電流を通電する場合、例えばトランスＴ２の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を「６：１」、双方向スイッチＱ９をＯＦＦ、双方向スイッチＱ１０をＯＮして、巻き線Ｄに電流を通電する場合、例えばトランスＴ２の一次巻き線と二次巻き線Ｍ１との巻き数比を「４：１」とすることができる。
【００６０】
また、電流センサ２が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電流Ｉｉｎは、制御部６へ入力されている。
更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電圧を測定する電圧センサ３が接続されており、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電圧Ｖｉｎも制御部６へ入力されている。
【００６１】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ８において、トランスＴ２の二次巻き線Ｍ１からＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子までの構成は、第１の実施例で説明した、トランスＴ１の二次巻き線Ｍ１から整流ダイオードＤ１及び整流ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、コイルＬ１、電流センサ４、電圧センサ５で構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子までの構成と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００６２】
これにより、制御部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔ、及び出力電圧Ｖｏｕｔが目標値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電圧Ｖｉｎを考慮しながら、電圧制御回路６ａによりスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御して、トランスＴ２の一次巻き線に流れる電流をチョッピングする。また、電流制限手段６ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔが目標の電流値となるように、電圧制御回路６ａに指令を出す。また、切替制御手段６ｃは、トランスＴ２の巻き線Ｅに電流を通電するか否かを決定する双方向スイッチＱ９、及び巻き線Ｅに電流を通電しない場合に巻き線ＥをバイパスしてトランスＴ２の巻き線Ｄに電流を通電する双方向スイッチＱ１０を制御する。
【００６３】
また、第１の実施例と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８により降圧された電力を蓄電する低電圧バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８により降圧された電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７とが並列に接続されている。従って、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ８を搭載したＥＶやＨＥＶも、高電圧バッテリＢ１の電力により走行用モータを駆動すると共に、走行用モータの回生動作により高電圧バッテリＢ１を充電しながら走行することができる。同時に、高電圧バッテリＢ１に蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８により降圧しながら低電圧バッテリＢ２を充電し、低電圧バッテリＢ２に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７を動作させながら走行することができる。
【００６４】
（電圧変換制御）
本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧変換制御動作は、第１の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１の電圧変換制御動作と基本的動作は同一である。但し、ステップＳ３あるいはステップＳ１２において、切替制御手段６ｃは、双方向スイッチＱ９をＯＮ、双方向スイッチＱ１０をＯＦＦして、巻き線Ｄ（高低電圧用巻き線）と巻き線Ｅ（高電圧用巻き線）に、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８によりチョッピングされた電流を通電する。また、ステップＳ４あるいはステップＳ１４において、切替制御手段６ｃは、双方向スイッチＱ９をＯＦＦ、双方向スイッチＱ１０をＯＮして、巻き線Ｄ（高低電圧用巻き線）のみに、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８によりチョッピングされた電流を通電する。
【００６５】
更に、ステップＳ５あるいはステップＳ１５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の入力電流あるいは出力電流を制限する場合、電流制限手段６ｂは、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８を制御する電圧制御回路６ａに、トランスＴ２の一次巻き線あるいは二次巻き線Ｍ１に流れる電流を減少させるように、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数あるいは制御デューティを下げる指示を出力する。
【００６６】
（第２の実施例に用いる素子の特性）
なお、上述の第２の実施例において、巻き線Ｅに電流を通電するか否かを決定する双方向スイッチＱ９や、巻き線Ｅに電流を通電しない場合に巻き線Ｅをバイパスして巻き線Ｄに電流を通電する双方向スイッチＱ１０は、高速スイッチングは行わず、磁気飽和しないデューティ以内でスイッチング周波数を低下させることができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の効率を改善するために、低導通損失型の素子を用いることが望ましい。
具体的には、双方向スイッチＱ９、Ｑ１０は、前述の図６に示した特性図において、導通損失改善のため、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが小さいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが大きい、図中Ｐ点を含みＰ点より右側（下降時間ｔｆが大きい側）、あるいは図中Ｐ点を含みＰ点より下側（飽和電圧Ｖｓａｔが小さい側）で実線で示すような特性を備えた素子とする。
【００６７】
一方、高速スイッチングが要求されるスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８は、同様に図６に示した特性図において、スイッチング速度を重視し、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが大きいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが小さい、図中Ｐ点より左側（下降時間ｔｆが小さい側）、あるいは図中Ｐ点より上側（飽和電圧Ｖｓａｔが大きい側）で点線で示すような特性を備えた素子とする。
これにより、高速スイッチングが要求されない素子では導通損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の変換効率が向上する。また、高速スイッチングが要求される素子では高速な応答により切替時の損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の変換効率が向上すると共に、安定した電圧変換動作を実行することができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、電流をチョッピングするスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８を備えたフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータ８において、一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）と高電圧用巻き線（巻き線Ｅ）とからなるトランスＴ２と、高低電圧用巻き線及び高電圧用巻き線に対する通電切替を行うために、双方向スイッチＱ９、双方向スイッチＱ１０、及び切替制御手段６ｃからなる切替回路とを備え、切替回路は、入力電圧が低電圧の場合、チョッピングされた電流を高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）に通電し、入力電圧が高電圧の場合、チョッピングされた電流を高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）と高電圧用巻き線（巻き線Ｅ）とに通電する。
【００６９】
従って、フルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータ８において、第１の実施例と同様に、電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を小型化することができるという効果が得られる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ８への入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線（巻き線Ｅ）の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）で消費される電力を低下させることができる。従って、小型化することにより放熱特性が低下した高低電圧用巻き線（巻き線Ｄ）において、巻き線からの発熱を抑制すると共に、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を小型化することができるという効果が得られる。
【００７０】
更に、高速スイッチングが要求されない素子には応答特性が遅くても導通損失の小さい素子を使用し、高速スイッチングが要求される素子には導通損失が大きくても応答特性が速い素子を使用することで、例えば切替回路に備えられた双方向スイッチＱ９、Ｑ１０での導通損失を低減し、一方、電流をチョッピングするスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８での応答特性を改善する。これにより、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を小型化することができるという効果が得られる。また、入力電流や出力電流を制限することで、安定してＤＣ／ＤＣコンバータ８を動作させることができるという効果が得られる。
【実施例３】
【００７１】
（全体構成）
図５は、本発明の第３の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。なお、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータも、特にＥＶ（Electric Vehicles）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles ）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータがＥＶやＨＥＶに搭載された場合について説明する。なお、図５において、第１、第２の実施例と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施例で図１を用いて説明した構成要素、あるいは第２の実施例で図４を用いて説明した構成要素と同一の動作をする構成要素とする。図５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、入力された電圧を昇圧または降圧して出力する電圧変換器であって、本実施例では入力された電圧を降圧して出力するダウンバータとする。
【００７２】
具体的にＤＣ／ＤＣコンバータ９について説明すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、車両の走行用モータを駆動するための電力を蓄電する高電圧バッテリＢ１により入力端子から入力された電力を降圧するために、高電圧バッテリＢ１の正極側端子が、過電流保護のために挿入されるヒューズＨと、入力電流を測定する電流センサ２を介して、２つの巻き線Ｆ、Ｇから構成されたトランスＴ３の一次巻き線の一方の端子、すなわち巻き線Ｆの一方の端子に接続されている。また、２つの巻き線Ｆ、Ｇから構成されたトランスＴ３の一次巻き線のもう一方の端子、すなわち巻き線Ｇの一方の端子は、巻き線Ｇに電流を通電するか否かを決定するスイッチング素子Ｑ１１を介して、高電圧バッテリＢ１の負正極側端子へ接続されている。
【００７３】
また、トランスＴ３の一次巻き線を構成する巻き線Ｆと巻き線Ｇの接続点は、巻き線Ｇに電流を通電しない場合に巻き線Ｇをバイパスして巻き線Ｆに電流を通電することができるように、スイッチング素子Ｑ１２を介して、高電圧バッテリＢ１の負正極側端子へ接続されている。
なお、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２は、巻き線Ｆと巻き線Ｇの接続点側から、高電圧バッテリＢ１の負極側端子側へ向かって電流を通電するように導通するスイッチング素子とする。また、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２には、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ１１、ＷＤ１２がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の電圧変換動作を制御する制御部６から制御線がそれぞれ接続されている。
【００７４】
なお、トランスＴ３を構成する巻き線Ｆ、Ｇの各抵抗値は、「巻き線Ｇの抵抗値＞巻き線Ｆの抵抗値」とする。
また、電流センサ２が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電流Ｉｉｎは、制御部６へ入力されている。
更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電圧を測定する電圧センサ３が接続されており、電圧センサ３が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電圧Ｖｉｎも制御部６へ入力されている。
【００７５】
一方、トランスＴ３の二次巻き線Ｍ２の一方の端子には、トランスＴ３の二次巻き線Ｍ２に誘起した電力を整流するための整流ダイオードＤ１のアノード端子が接続されている。また、更に整流ダイオードＤ１のカソード端子とトランスＴ３の二次巻き線Ｍ２のもう一方の端子との間には、出力電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１が接続されると共に、整流ダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点には同様に出力電圧を平滑化するためのコイルＬ１の一方の端子が接続されている。そして、コイルＬ１のもう一方の端子とトランスＴ１の二次巻き線Ｍ２のもう一方の端子とで、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力を成す。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力電流を測定する電流センサ４を介して、コイルＬ１のもう一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ９の一方の出力端子として出力され、トランスＴ３の二次巻き線Ｍ２のもう一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ９のもう一方の出力端子として出力される。
【００７６】
なお、電流センサ４が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力電流Ｉｏｕｔは、制御部６へ入力されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力電圧を測定する電圧センサ５が接続されており、電圧センサ５が検出するＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力電圧Ｖｏｕｔも、制御部６へ入力されている。
【００７７】
これにより、制御部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔ、及び出力電圧Ｖｏｕｔが目標値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電圧Ｖｉｎを考慮しながら、電圧制御回路６ａによりスイッチング素子Ｑ１１あるいはスイッチング素子Ｑ１２のいずれか一方の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御して、トランスＴ２の一次巻き線に流れる電流をチョッピングする。また、電流制限手段６ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電流Ｉｉｎあるいは出力電流Ｉｏｕｔが目標の電流値となるように、電圧制御回路６ａに指令を出す。また、切替制御手段６ｃは、トランスＴ３の巻き線Ｇに電流を通電するか否かを決定し、電流をチョッピングするために電圧制御回路６ａが制御するスイッチング素子として、スイッチング素子Ｑ１１あるいはスイッチング素子Ｑ１２のいずれか一方を選択する。
【００７８】
また、第１、第２の実施例と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９により降圧された電力を蓄電する低電圧バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９により降圧された電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７とが並列に接続されている。従って、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ９を搭載したＥＶやＨＥＶも、高電圧バッテリＢ１の電力により走行用モータを駆動すると共に、走行用モータの回生動作により高電圧バッテリＢ１を充電しながら走行することができる。同時に、高電圧バッテリＢ１に蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ９により降圧しながら低電圧バッテリＢ２を充電し、低電圧バッテリＢ２に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の車両用補機類である電装負荷７を動作させながら走行することができる。
【００７９】
（電圧変換制御）
本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ９の電圧変換制御動作は、第１の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１、及び第２の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧変換制御動作と基本的動作は同一である。但し、ステップＳ３あるいはステップＳ１２において、切替制御手段６ｃは、電圧制御回路６ａが制御するスイッチング素子としてスイッチング素子Ｑ１１を選択し、電圧制御回路６ａは、スイッチング素子Ｑ１１の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御して、トランスＴ３の一次巻き線に流れる電流をチョッピングする。
また、ステップＳ４あるいはステップＳ１４において、切替制御手段６ｃは、電圧制御回路６ａが制御するスイッチング素子としてスイッチング素子Ｑ１２を選択し、電圧制御回路６ａは、スイッチング素子Ｑ１２の通電率（ＯＮ、ＯＦＦ制御のデューティ）を制御して、トランスＴ３の一次巻き線に流れる電流をチョッピングする。
【００８０】
更に、ステップＳ５あるいはステップＳ１５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電流あるいは出力電流を制限する場合、電流制限手段６ｂは、スイッチング素子Ｑ１１、あるいはＱ１２を制御する電圧制御回路６ａに、トランスＴ３の一次巻き線あるいは二次巻き線Ｍ２に流れる電流を減少させるように、スイッチング素子Ｑ１１、あるいはＱ１２のスイッチング周波数あるいは制御デューティを下げる指示を出力する。
【００８１】
（第３の実施例に用いる素子の特性）
なお、上述の第３の実施例において、入力電圧が低電圧の場合にのみ利用するスイッチング素子Ｑ１２は、出力電流を制限するように構成することにより、磁気飽和しないデューティ以内でスイッチング周波数を低下させることができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の効率を改善するために、低導通損失型の素子を用いることが望ましい。
具体的には、スイッチング素子Ｑ１２は、前述の図６に示した特性図において、導通損失改善のため、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが小さいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが大きい、図中Ｐ点を含みＰ点より右側（下降時間ｔｆが大きい側）、あるいは図中Ｐ点を含みＰ点より下側（飽和電圧Ｖｓａｔが小さい側）で実線で示すような特性を備えた素子とする。
【００８２】
一方、高速スイッチングが要求されるスイッチング素子Ｑ１１は、同様に図６に示した特性図において、スイッチング速度を重視し、導通端子間の飽和電圧Ｖｓａｔが大きいがターンＯＦＦ時の下降時間ｔｆが小さい、図中Ｐ点より左側（下降時間ｔｆが小さい側）、あるいは図中Ｐ点より上側（飽和電圧Ｖｓａｔが大きい側）で点線で示すような特性を備えた素子とする。
これにより、高速スイッチングが要求されない素子では導通損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の変換効率が向上する。また、高速スイッチングが要求される素子では高速な応答により切替時の損失が改善され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の変換効率が向上すると共に、安定した電圧変換動作を実行することができる。
【００８３】
以上説明したように、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、フォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ９において、一次巻き線が直列に接続された高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）と高電圧用巻き線（巻き線Ｇ）とからなるトランスＴ３と、入力電圧が低電圧の場合、高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）のみに対する通電をチョッピング制御するスイッチング素子Ｑ１２と、入力電圧が高電圧の場合、高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）及び高電圧用巻き線（巻き線Ｇ）に対する通電をチョッピング制御するスイッチング素子Ｑ１１とを備える。
【００８４】
従って、フォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータ９において、第１、第２の実施例と同様に、電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を小型化することができるという効果が得られる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９への入力電圧が低電圧の場合に利用する高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）の抵抗値を、入力電圧が高電圧の場合に利用する高電圧用巻き線（巻き線Ｇ）の抵抗値よりも低くすることで、高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）で消費される電力を低下させることができる。従って、小型化することにより放熱特性が低下した高低電圧用巻き線（巻き線Ｆ）において、巻き線からの発熱を抑制すると共に、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を小型化することができるという効果が得られる。
【００８５】
更に、入力電圧が低電圧の場合にのみ利用するスイッチング素子Ｑ１２のスイッチング周波数、あるいは制御デューティを制限することが可能なので、スイッチング素子Ｑ１２に応答特性が遅くても導通損失の小さい素子を使用して導通損失を改善することで、更に電圧の変換効率を改善し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を小型化することができるという効果が得られる。また、入力電流や出力電流を制限することで、安定してＤＣ／ＤＣコンバータ９を動作させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図２】同実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部による電圧変換制御動作を示すフローチャートである。
【図３】同実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部による電圧変換制御動作の別形態を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１から第３の実施例で説明したＤＣ／ＤＣコンバータに使用するスイッチング素子の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１、８、９・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
６・・・制御部
６ｂ・・・電流制限手段（入力電流制限手段、出力電流制限手段）
６ｃ・・・切替制御手段（切替回路）
Ａ、Ｅ、Ｇ・・・巻き線（高電圧用巻き線）
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ・・・巻き線（高低電圧用巻き線）
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・トランス
Ｑ１、Ｑ２・・・スイッチング素子（切替回路）
Ｑ９、Ｑ１０・・・双方向スイッチ（切替回路）
Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ１１、Ｑ１２・・・スイッチング素子
【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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