(57)【要約】【課題】昇圧動作を行わないときの電力損失を低減することができる電力変換装置及びその関連技術を提供する。【解決手段】この電力変換装置は、介装された昇圧回路８０により入力直流電圧を昇圧して出力するメイン供給路Ｐ１と、昇圧動作停止時におけるメイン供給路Ｐ１のバイパス路として機能するバイパス供給路Ｐ２と、バイパス供給路Ｐ２に介装されたスイッチ回路７０とを備えている。昇圧回路８０による昇圧動作を行わないときには、スイッチ回路７０によりバイパス供給路Ｐ２をオンさせ、そのバイパス供給路Ｐ２を介して電力供給を行う。【選択図】図３
2005160284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から入力される電圧を直接的に負荷側に出力する第１電力系統と、
前記電源から入力される前記電圧を昇圧回路により昇圧して前記負荷側に出力する第２電力系統と、
前記第１電力系統と前記第２電力系統とを切り替える切替手段と、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
昇圧回路が介装され、所定の入力側接続部から入力される電圧を前記昇圧回路により昇圧して所定の出力側接続部に与えるメイン供給路と、
前記入力側接続部から入力される前記電圧を直接的に前記出力側接続部に与えるバイパス供給路と、
前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記出力側接続部への電力供給状況を制御する制御回路と、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
降圧回路が介装され、所定の入力側接続部から入力される電圧を前記降圧回路により降圧して所定の出力側接続部に与えるメイン供給路と、
前記入力側接続部から入力される前記電圧を直接的に前記出力側接続部に与えるバイパス供給路と、
前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記出力側接続部への電力供給状況を制御する制御回路と、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、
前記スイッチ回路は、前記出力側接続部の電圧レベルに応じて前記バイパス供給路をオン、オフする、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、
前記スイッチ回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチと、
前記入力側接続部と前記出力側接続部の電位差に基づいて、前記開閉スイッチをオン、オフ駆動する駆動回路と、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、
前記昇圧回路は、
昇圧用コイルと、
前記入力側接続部から前記昇圧用コイルを介して前記出力側接続部に与えられる電流をチョップするチョッパー用のスイッチング素子と、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記昇圧回路の前記チョッパー用のスイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフする、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置において、
前記スイッチ回路は、
前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、
前記昇圧回路の前記昇圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記昇圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルと、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、
前記降圧回路は、
降圧用コイルと、
前記入力側接続部から前記降圧用コイルを介して前記出力側接続部に与えられる電流をチョップするチョッパー用のスイッチング素子と、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記降圧回路の前記チョッパー用のスイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフする、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置において、
前記スイッチ回路は、
前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、
前記降圧回路の前記降圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記降圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルと、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
昇降圧回路が介装され、第１接続部から入力される電圧を昇圧して第２接続部に与える一方、前記第２接続部から入力される電圧を降圧して前記第１接続部に与えるメイン供給路と、
前記第１接続部と前記第２接続部との間で電圧を直接的に伝達するバイパス供給路と、
前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記第１接続部と前記第２接続部との間の電力供給状況を制御する制御回路と、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、
前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力変換装置において、
前記昇降圧回路は、
その一端側が前記第１接続部と電気的に接続された昇降圧用コイルと、
前記第１接続部及び前記２接続部よりも低電位に設定さる第３接続部と、前記昇降圧用コイルの他端側との間に介装される昇圧チョッパー用の第１スイッチング素子と、
前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第２接続部との間に、前記第２接続部側に向けて順方向となるように介装された第１ダイオードと、
前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第２接続部との間に、前記第１ダイオードと並列になるように介装された降圧チョッパー用の第２スイッチング素子と、
前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第３接続部との間に、前記他端側に向けて順方向になるように、かつ前記第１スイッチング素子と並列になるように介装された第２ダイオードと、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記昇降圧回路の前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフする、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換装置において、
前記スイッチ回路は、
前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、
前記昇降圧回路の前記昇降圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記昇降圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルと、
を備える、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置は、自動車に搭載され、バッテリと、モータを駆動するモータ駆動回路との間に介装され、前記バッテリ側と前記モータ側との間の電力変換を行うものである、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項４ないし１０、及び１２ないし１５のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記スイッチ回路に備えられる前記バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして、半導体スイッチング素子が用いられる、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電力変換装置において、
前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されている、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項４ないし１０、及び１２ないし１５のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記スイッチ回路に備えられる前記バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして、機械式リレーが用いられる、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１９】
バッテリと、
バッテリから供給される直流を所定の交流に変換するインバータと、
インバータからの交流により駆動されるモータと、
バッテリとインバータとの間に接続される昇圧DC/DCコンバータと、
バッテリから直接インバータに電力を供給する第１電力系統と、バッテリの電圧を昇圧DC/DCコンバータで昇圧してからインバータに電力を供給する第２電力系統とをモータの出力に応じて切り替える切替手段とを備える、ことを特徴とする電動自動車の駆動システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電動自動車の駆動システムにおいて、
前記昇圧DC/DCコンバータは複数の出力電圧を選択可能に構成されている、ことを特教とする電動自動車の駆動システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電動自動車の駆動システムにおいて、
モータの回転状態の検知手段と、
この検知手段の検知結果に対応した出力電圧を選択して昇圧DC/DCコンバータに指令出力するフィードバック手段とをさらに備える、ことを特徴とする電動自動車の駆動システム。
【請求項２２】
請求項１９ないし２１のいずれかに記載の電動自動車の駆動システムにおいて、
インバータを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いた、ことを特徴とする電動自動車の駆動システム。
【請求項２３】
請求項１９ないし２２のいずれかに記載の電動自動車の駆動システムにおいて、
インバータを構成するスイッチング素子にＳｉＣが用いられている、ことを特徴とする電動自動車の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧を昇圧して出力する電力変換装置、及び、電動自動車の駆動システムに関するものである。例えば、走行条件に応じたモータヘの電力供給を高効率で可能にする電動自動車の駆動システムに適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
このインバータは、一般にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのスイッチング素子でブリッジ回路を構成したものが利用されている。今後のモータの小型高出力化を考えると、高速回転での駆動が必要になる。高速回転域においてはモータから発生する逆起電力により、バッテリの電圧だけでは逆起電力以上の電圧を発生することが不可能である。そのため、ハイブリッドカーにおいては、図６に示すように、バッテリ１０とインバータ２０の間に昇圧コンバータ４０を搭載し、このコンバータ４０で昇圧してからインバータ２０に電力供給を行っている（例えば、特許文献１）。なお、図６の符号３０はモータを示す。
【０００３】
その際、バッテリ１０からの電力は必ず昇圧コンバータ４０を介してインバータ２０に出力されている。しかも、昇圧コンバータの出力電圧は一つであった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の駆動システムでは、次のような問題があった。
【０００６】
(1)昇圧コンバータでの変換ロスが発生し、システム効率が低下する。
【０００７】
昇圧コンバータを用いているのは、単にバッテリを高電圧化すると、スペース面・コスト面で不利となるためである。しかし、昇圧コンバータを常に用いる必要上、変換ロスが発生し、駆動システムの効率が低下する。
【０００８】
(2)モータコイルやモータ端子間の絶縁に高耐電圧性が要求され、コストアップにつながる。
【０００９】
常に昇圧コンバータで昇圧された高電圧がモータの巻き線・端子に印加されると、インバータの出力電圧には、その流転動作によってサージ電圧が発生する。このサージ電圧がモータの運転電圧に重畳されてモータの端子に加わる。そのため、繰り返し昇圧コンバータの最大電圧がモータに印加されることによる絶縁劣化や、コロナ発生による絶縁劣化などの対策が必要となり、モータコイルやモータ端子間の絶縁材料は高耐電圧性の材料が要求されてコストアップを招く。
【００１０】
ところで、直流電圧の昇圧を行う電力変換装置としては、主に、トランスを使用して電力変換を行うトランス型のものと、昇圧用コイル及びダイオードを用いたチョッパー型のものとがある。前者のトランス型の変換装置では、トランスにて交流結合を行うため、トランスの１次側に直流を交流に変換するための４つのスイッチング素子が必要である点や、トランスの２次側に交流を直流に変換する際の損失が大きくなってしまう点等の欠点がある。このため、特に入出力間での絶縁が不要な場合には、後者のチョッパー型の変換装置が車載用等に用いられる場合が多い。
【００１１】
しかしながら、従来のチョッパー型の変換装置においても、次のような改善すべき課題がある。すなわち、変換装置の動作態様として、昇圧動作を行わずに、入力される直流電圧をそのまま出力する場合があるが、この動作態様における電力損失が問題となっている。具体的には、図７に示すように、チョッパー用のスイッチング素子Ｓ１がオフ状態に保持されて昇圧動作が行われない場合には、入力側接続部Ｔａから入力された直流電流は、昇圧用コイルＬ１及びダイオードＤ１を介して直接的に出力側接続部Ｔｂに与えられるが、昇圧用コイルＬ１及びダイオードＤ１にて損失が生じてしまう。
【００１２】
ここで、入力電圧が２００Ｖ、出力電圧が２００〜５００Ｖ、入力電流が１００Ａに設定されている場合について、損失を概算してみる。昇圧用コイルＬ１の直流抵抗値を５ｍΩ、ダイオードＤ１による電圧降下量を１．５Ｖとすると、昇圧用コイルＬ１での損失が５０Ｗ、ダイオードＤ１での損失が１５０Ｗで、計２００Ｗの損失が生じる。
【００１３】
また、変換装置に降圧回路を設け、その降圧回路によってモータからの回生電流を降圧してバッテリに戻す技術が提案されているが、この場合も、回生電流が降圧動作の有無にかかわらず降圧回路に供給されることにより、損失が生じている。
【００１４】
そこで、本発明の解決すべき第１の課題は、昇圧動作を行わないときの電力損失を低減することができる電力変換装置及びその関連技術を提供することである。
【００１５】
また、本発明の解決すべき第２の課題は、モータヘの電力供給を高効率で可能にする電動自動車の駆動システムを提供することである。
【００１６】
また、本発明の解決すべき第３の課題は、降圧動作を行わないときの電力損失を低減することができる電力変換装置及びその関連技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するための手段は、電源から入力される電圧を直接的に負荷側に出力する第１電力系統と、前記電源から入力される前記電圧を昇圧回路により昇圧して前記負荷側に出力する第２電力系統と、前記第１電力系統と前記第２電力系統とを切り替える切替手段とを備える。
【００１８】
また、上記の課題を解決するための手段は、昇圧回路が介装され、所定の入力側接続部から入力される電圧を前記昇圧回路により昇圧して所定の出力側接続部に与えるメイン供給路と、前記入力側接続部から入力される前記電圧を直接的に前記出力側接続部に与えるバイパス供給路と、前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記出力側接続部への電力供給状況を制御する制御回路とを備える。
【００１９】
また、上記の課題を解決するための手段は、降圧回路が介装され、所定の入力側接続部から入力される電圧を前記降圧回路により降圧して所定の出力側接続部に与えるメイン供給路と、前記入力側接続部から入力される前記電圧を直接的に前記出力側接続部に与えるバイパス供給路と、前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記出力側接続部への電力供給状況を制御する制御回路とを備える。
【００２０】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備えるのがよい。
【００２１】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路は、前記出力側接続部の電圧レベルに応じて前記バイパス供給路をオン、オフするのがよい。
【００２２】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチと、前記入力側接続部と前記出力側接続部の電位差に基づいて、前記開閉スイッチをオン、オフ駆動する駆動回路とを備えるのがよい。
【００２３】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、前記昇圧回路は、昇圧用コイルと、前記入力側接続部から前記昇圧用コイルを介して前記出力側接続部に与えられる電流をチョップするチョッパー用のスイッチング素子とを備え、前記スイッチ回路は、前記昇圧回路の前記チョッパー用のスイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフするのがよい。
【００２４】
また、好ましくは、前記スイッチ回路は、前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、前記昇圧回路の前記昇圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記昇圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルとを備えるのがよい。
【００２５】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備え、前記降圧回路は、降圧用コイルと、前記入力側接続部から前記降圧用コイルを介して前記出力側接続部に与えられる電流をチョップするチョッパー用のスイッチング素子とを備え、前記スイッチ回路は、前記降圧回路の前記チョッパー用のスイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフするのがよい。
【００２６】
また、好ましくは、前記スイッチ回路は、前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、前記降圧回路の前記降圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記降圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルとを備えるのがよい。
【００２７】
また、上記の課題を解決するための手段は、昇降圧回路が介装され、第１接続部から入力される電圧を昇圧して第２接続部に与える一方、前記第２接続部から入力される電圧を降圧して前記第１接続部に与えるメイン供給路と、前記第１接続部と前記第２接続部との間で電圧を直接的に伝達するバイパス供給路と、前記メイン供給路及び前記バイパス供給路による前記第１接続部と前記第２接続部との間の電力供給状況を制御する制御回路とを備える。
【００２８】
また、好ましくは、前記制御回路は、前記バイパス供給路に介装され、そのバイパス供給路をオン、オフするスイッチ回路を備えるのがよい。
【００２９】
また、好ましくは、前記昇降圧回路は、その一端側が前記第１接続部と電気的に接続された昇降圧用コイルと、前記第１接続部及び前記２接続部よりも低電位に設定さる第３接続部と、前記昇降圧用コイルの他端側との間に介装される昇圧チョッパー用の第１スイッチング素子と、前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第２接続部との間に、前記第２接続部側に向けて順方向となるように介装された第１ダイオードと、前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第２接続部との間に、前記第１ダイオードと並列になるように介装された降圧チョッパー用の第２スイッチング素子と、前記昇降圧用コイルの前記他端側と前記第３接続部との間に、前記他端側に向けて順方向になるように、かつ前記第１スイッチング素子と並列になるように介装された第２ダイオードとを備え、前記スイッチ回路は、前記昇降圧回路の前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子のオン、オフ動作により前記メイン供給路に生じる前記電流変化に応じて、前記バイパス供給路をオン、オフするのがよい。
【００３０】
また、好ましくは、前記スイッチ回路は、前記バイパス供給路に介装され、制御電圧の印加又は無印加に応じてバイパス供給路をオフ又はオフする開閉スイッチと、前記昇降圧回路の前記昇降圧用コイルと電磁結合され、前記メイン供給路の前記電流変化により生じる前記昇降圧用コイルの電磁界の変化に基づいて、前記開閉スイッチをオフさせるための前記制御電圧を生成する制御電圧生成用コイルとを備えるのがよい。
【００３１】
また、好ましくは、前記電力変換装置は、自動車に搭載され、バッテリと、モータを駆動するモータ駆動回路との間に介装され、前記バッテリ側と前記モータ側との間の電力変換を行うものであるのがよい。
【００３２】
また、好ましくは、前記スイッチ回路に備えられる前記バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして、半導体スイッチング素子が用いられるのがよい。
【００３３】
また、好ましくは、前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されているのがよい。
【００３４】
また、好ましくは、前記スイッチ回路に備えられる前記バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして、機械式リレーが用いられるのがよい。
【００３５】
また、上記の課題を解決するための手段は、バッテリと、バッテリから供給される直流を所定の交流に変換するインバータと、インバータからの交流により駆動されるモータと、バッテリとインバータとの間に接続される昇圧DC/DCコンバータと、バッテリから直接インバータに電力を供給する第１電力系統と、バッテリの電圧を昇圧DC/DCコンバータで昇圧してからインバータに電力を供給する第２電力系統とをモータの出力に応じて切り替える切替手段とを備える。
【００３６】
また、好ましくは、前記昇圧DC/DCコンバータは複数の出力電圧を選択可能に構成されているのがよい。
【００３７】
また、好ましくは、モータの回転状態の検知手段と、この検知手段の検知結果に対応した出力電圧を選択して昇圧DC/DCコンバータに指令出力するフィードバック手段とをさらに備えるのがよい。
【００３８】
また、好ましくは、インバータを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いるのがよい。
【００３９】
また、好ましくは、インバータを構成するスイッチング素子にＳｉＣが用いられているのがよい。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１に記載の発明によれば、昇圧回路による昇圧動作を行わないときには、切替手段により第１電力系統を介して電力供給を行うように設定することができ、その結果、昇圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、昇圧回路による昇圧動作を行わないときには、制御回路によりバイパス供給路を介して電力供給を行うように設定することができ、その結果、昇圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、降圧回路による降圧動作を行わないときには、制御回路によりバイパス供給路を介して電力供給を行うように設定することができ、その結果、降圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００４５】
また、出力側接続部の電圧レベルはメイン供給路の昇圧回路の昇圧動作の有無により変化するため、特段の制御信号なしに、出力側接続部の電圧レベルに基づき、昇圧回路の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路を自動的にオン、オフすることができる。
【００４６】
請求項６に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００４７】
また、昇圧回路が動作しているときは入力側接続部と出力側接続部との間には電位差が生じるため、特段の制御信号なしに、入力側接続部と出力側接続部との電位差に基づき、昇圧回路の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路を自動的にオン、オフすることができる。
【００４８】
請求項７に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００４９】
また、昇圧回路の昇圧動作の有無によりメイン供給路に電流変化が生じるため、特段の制御信号なしに、その電流変化に基づき、昇圧回路の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路を自動的にオン、オフすることができる。
【００５０】
請求項８に記載の発明によれば、バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチを駆動するための制御電圧を、昇圧回路の昇圧用コイルと電磁結合させた制御電圧生成用コイルにより発生させる構成であるため、昇圧用コイルにより派生的に生成される電磁エネルギーを有効に利用して開閉スイッチを動作させることができ、高効率の電力変換装置を構成できる。
【００５１】
また、このような構成により、開閉スイッチを駆動するための回路構成を、高電圧が印加される場合があるメイン供給路及びバイパス供給路から電気的に絶縁することができ、開閉スイッチを駆動させるための回路の構成、及び絶縁対策等を簡易なものとすることができる。
【００５２】
請求項９に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００５３】
また、降圧回路の降圧動作の有無によりメイン供給路に電流変化が生じるため、特段の制御信号なしに、その電流変化に基づき、降圧回路の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路を自動的にオン、オフすることができる。
【００５４】
請求項１０に記載の発明によれば、バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチを駆動するための制御電圧を、降圧回路の降圧用コイルと電磁結合させた制御電圧生成用コイルにより発生させる構成であるため、降圧用コイルにより派生的に生成される電磁エネルギーを有効に利用して開閉スイッチを動作させることができ、高効率の電力変換装置を構成できる。
【００５５】
また、このような構成により、開閉スイッチを駆動するための回路構成を、高電圧が印加される場合があるメイン供給路及びバイパス供給路から電気的に絶縁することができ、開閉スイッチを駆動させるための回路の構成、及び絶縁対策等を簡易なものとすることができる。
【００５６】
請求項１１に記載の発明によれば、昇降圧回路による昇圧動作及び降圧動作を行わないときには、制御回路によりバイパス供給路を介して電力供給を行うように設定することができ、その結果、昇圧動作及び降圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。
【００５７】
請求項１２に記載の発明によれば、バイパス供給路をスイッチ回路によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路を介した電力供給を制御することができる。
【００５８】
請求項１３に記載の発明によれば、昇降圧回路の昇圧又は降圧動作の有無によりメイン供給路に電流変化が生じるため、特段の制御信号なしに、その電流変化に基づき、昇降圧回路の昇圧又は降圧動作の有無に応じてバイパス供給路を自動的にオン、オフすることができる。
【００５９】
請求項１４に記載の発明によれば、バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチを駆動するための制御電圧を、昇降圧回路の昇降圧用コイルと電磁結合させた制御電圧生成用コイルにより発生させる構成であるため、昇降圧用コイルにより派生的に生成される電磁エネルギーを有効に利用して開閉スイッチを動作させることができ、高効率の電力変換装置を構成できる。
【００６０】
また、このような構成により、開閉スイッチを駆動するための回路構成を、高電圧が印加される場合があるメイン供給路及びバイパス供給路から電気的に絶縁することができ、開閉スイッチを駆動させるための回路の構成、及び絶縁対策等を簡易なものとすることができる。
【００６１】
請求項１５に記載の発明によれば、電力変換装置が昇降圧を行うメイン供給路の他にバイパス供給路を備えているため、バッテリ側から供給される電力を昇圧せずにモータ側に供給するとき、及びモータ側から回生により供給される電力を降圧せずにバッテリ側に供給するときに、それらの電力をバイパス供給路を介して伝達することができ、自動車の駆動システムの効率化が図れる。
【００６２】
請求項１６に記載の発明によれば、バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして半導体スイッチング素子が用いられるため、機械式リレーを用いる場合に比して、故障を低減して信頼性の向上が図れるとともに、小型、軽量化等に有利な電力変換装置を提供できる。
【００６３】
請求項１７に記載の発明によれば、開閉スイッチを構成する半導体スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されているため、バイパス供給路を介して電力供給する際の損失を低減することができる。
【００６４】
請求項１８に記載の発明によれば、バイパス供給路をオン、オフする開閉スイッチとして機械式リレーが用いられるため、半導体スイッチング素子を用いる場合に比して、開閉スイッチにて生じるオン抵抗による電力損失を抑制することができ、高効率の電力変換装置を提供できる。
【００６５】
請求項１９ないし２３に記載の発明によれば、切替手段を設けることで、車両の走行条件に応じて、バッテリから直接インバータに電力供給する場合と、昇圧DC/DCコンバータを介してからインバータに電力供給する場合とを切り替えることができ、常時昇圧DC/DCコンバータを用いる必要がなく、駆動システムの効率を改善することができる。
【００６６】
例えば、車両始動時など、モータが低速回転する際は大トルクが必要なため、モータには大電流が必要になる。その際、バッテリからの電力は極力低損失でモータに供給されることが重要である。また、モータが低速で回転している場合は逆起電力も小さい。そのため、この場合はバッテリより直接インバータに電力供給を行うことで、昇圧DC/DCコンバータを介する場合の変換ロスの発生を回避する。一方、高速走行時は、モータが高速に回転され、モータに発生する逆起電力以上の電力が必要になる。このときは昇圧コンバータを通してインバータに電力供給することで、逆起電力以上の電圧を常に発生できるようにする。
【００６７】
請求項２０に記載の発明によれば、コンバータで複数の出力電圧が選択できるため、走行状態などに応じて適切な出力電圧を選択すればよく、常にコンバータの最高電圧をモータに印加する必要がない。このため、モータの巻き線などの絶縁劣化を緩和することができる。
【００６８】
請求項２１に記載の発明によれば、フィードバック手段を設けることで、モータの回転状態、例えば回転数に応じて要求される適切な出力電圧を選択し、コンバータからの出力電圧を指令する。そのため、モータの回転状態に応じて適切な電圧でコンバータから電力供給を行うことができ、モータの巻き線などの絶縁劣化を一層緩和することができる。
【００６９】
請求項２２及び２３に記載の発明によれば、インバータを構成するスイッチング素子が高温動作が可能で低損失であるため、インバータでの変換ロスも極小化し、一層駆動システムの高効率化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動システムの機能ブロック図である。
【００７１】
この駆動システムは、図１に示すように、バッテリ１０、インバータ２０、モータ３０、昇圧DC/DCコンバータ４０、切替手段５０及びフィードバック手段６０とを備えている。
【００７２】
バッテリ１０はモータ３０や車載電気機器に電力を供給する電源となるもので、充電可能な２次電池を用いている。
【００７３】
インバータ２０は、ＦＥＴなどのスイッチング素子とダイオードとを組み合わせて３相ブリッジ回路を構成したもので、バッテリ１０側から供給される直流を所定の交流に変換し、モータ３０を駆動する正弦波に対応したパルス信号を出力してモータ３０の駆動制御を行う。
【００７４】
モータ３０は、ここでは３相交流モータを用いている。モータ３０の駆動力を利用して車輪を回転し、車両を走行させる。このモータ３０は回転数を検知する回転数検知手段を有しており、検知した回転数を信号としてフィードバック手段に出力する。
【００７５】
ここで、バッテリ１０とインバータ２０との間に昇圧DC/DCコンバータ４０を設け、さらに切替手段５０を設けている。昇圧DC/DCコンバータ４０は必要に応じてインバータ２０から供給される直流電圧を所定の電圧に昇圧するものである。また、切替手段は、フィードバック手段６０からの指令に基づいて、電力を直接インバータ２０に供給するか、昇圧DC/DCコンバータ４０を介して供給するかを切り替える。
【００７６】
一方、フィードバック手段６０は、検知手段で検知されたモータの回転数ωを閾値と比較する。ここでは、例えば、閾値として下記のようにモータの回転数ωを４種類の範囲に分類し、各回転数範囲に対応した最適な昇圧DC/DCコンバータの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を記憶しておく。この出力電圧Ｖ１〜Ｖ３は、対応するモータの回転数範囲において、逆起電力以上の電圧を確保できるような値を選択しておく。
【００７７】
０＜ω≦ω１  →コンバータを通さず直接インバータへ
ω１＜ω≦ω２  →Ｖ１
ω２＜ω≦ω３  →Ｖ２
ω３＜ω        →Ｖ３
まず、回転数がω１以下の場合、低速回転時と判断して昇圧DC/DCコンバータ４０は通さず、バッテリ１０から直接インバータ２０に電力供給を行うように切替手段５０を介して指令を出力する。次に、回転数がω１超の場合、高速回転時と判断して、さらに回転数範囲に応じた出力電圧（Ｖ１〜Ｖ３のいずれか）を選択し、その電圧で変換出力するように切替手段５０を介して昇圧DC/DCコンバータ４０に指令を出力する。ここでは、モータ３０の回転数範囲を４種類としているが、この分類数は特に限定されない。
【００７８】
このように、常時昇圧DC/DCコンバータ４０で昇圧してからインバータ２０に給電するのではなく、モータ３０の回転数が低くて逆起電力が小さい場合はバッテリ１０からインバータ２０に直接電力供給を行うことで、昇圧DC/DCコンバータ４０の変換ロスを回避することができる。
【００７９】
逆起電力が大きくなるモータ３０の高速回転時においては、その逆起電力を常に上回る電圧をモータに供給できるよう、モータ３０の回転数に応じた適切な電圧にコンバータ４０で昇圧してからインバータ２０に電力供給する。そのため、走行状態に応じた最適な電圧を常にモータ３０に供給することができ、より一層変換ロスの少ないモータ３０の駆動を実現することができる。
【００８０】
また、走行状態に応じた最適な電圧をモータ３０に供給できることで、常時昇圧DC/DCコンバータ４０の最高電圧をモータ３０に印加することがなく、モータ３０のコイル巻き線やモータ端子の絶縁劣化も緩和することができる。
【００８１】
なお、インバータ２０は、図２に示すように、スイッチング素子２１とダイオード２２を用いてブリッジ回路を構成しているが、このスイッチング素子２１にＳｉＣを用いたワイドバンドギャップ半導体からなる素子を用いることで、一層低損失化を実現できる。ＳｉＣを用いたスイッチング素子２１は、高温動作が可能で低損失であるため、駆動システムの低損失化に寄与する。
【００８２】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。この電力変換装置は、図３に示すように、正側の入力側接続部Ｔ１と正側の出力側接続部Ｔ２との間を接続するメイン供給路Ｐ１及びバイパス供給路Ｐ２と、バイパス供給路Ｐ２に介装されるスイッチ回路（制御回路）７０と、負側の入力側接続部Ｔ３と負側の出力側接続部Ｔ４との間を接続するグランドラインＰ３とを備えている。グランドラインＰ３は、メイン供給路Ｐ１及びバイパス供給路Ｐ２に共用される。なお、本発明に係る第１電力系統にはバイパス供給路Ｐ２が相当し、第２電力系統にはメイン供給路Ｐ１が相当しており、切替手段にはスイッチ回路７０が相当している。このような電力変換装置は、例えば上述の図１の駆動システム等に用いられる。
【００８３】
メイン供給路Ｐ１には、昇圧回路８０が介装され、バッテリ等から入力側接続部Ｔ１を介して入力される直流電圧を昇圧回路８０により昇圧して出力側接続部Ｔ２に与える。バイパス供給路Ｐ２は、昇圧動作停止時におけるメイン供給路Ｐ１のバイパス路として機能するものであり、入力側接続部Ｔ１から入力される直流電圧をそのまま出力側接続部Ｔ２に与える。
【００８４】
昇圧回路８０は、昇圧用コイルＬ１と、ダイオードＤ１と、チョッパー用の半導体スイッチング素子Ｓ１と、平滑化用のコンデンサＣ１とを備えている。昇圧用コイルＬ１及びダイオードＤ１は、入力側接続部Ｔ１側から見てこの記載の順序で、メイン供給路Ｐ１に直列に介装されている。ダイオードＤ１は、出力側接続部Ｔ２側に向けて順方向になるように設定されている。スイッチング素子Ｓ１は、昇圧用コイルＬ１の出力側接続部Ｔ２側の端部とグランドラインＰ３との間をつなぐ電気接続路に介装されており、例えば、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ等により構成される。コンデンサＣ１は、正負の出力側接続部Ｔ２，Ｔ４間をつなぐ電気接続路に介装されている。そして、スイッチング素子Ｓ１が周期的にオン、オフして入力側接続部Ｔ１を介して昇圧用コイルＬ１に入力される直流電流をチョップし、昇圧用コイルＬ１に対するエネルギーの蓄積、放出を繰り返すことにより、昇圧用コイルＬ１により昇圧された電圧がダイオードＤ１及び出力側接続部Ｔ２を介して、コンデンサＣ１によって平滑化されつつ、所定の負荷に与えられる。なお、この昇圧動作を行わないときには、スイッチング素子Ｓ１はオフ状態に保持されるようになっている。
【００８５】
スイッチ回路７０は、開閉スイッチ７１と、開閉スイッチＳ２の駆動回路７２とを備えている。開閉スイッチ７１は、バイパス供給路Ｐ２に介装され、そのバイパス供給路Ｐ２をオン、オフするものであり、機械式リレーによって構成されている。この開閉スイッチ７１は、そのリレーコイル７１ａに対して駆動電流が供給されてリレーコイル７１ａが励磁されているときは、バイパス供給路Ｐ２をオフし、リレーコイル７１ａに対して駆動電流が供給されていないときは、バイパス供給路Ｐ２をオンする。
【００８６】
駆動回路７２は、トランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備えている。トランジスタＴｒ１のベースは抵抗Ｒ１を介して出力側接続部Ｔ２と電気接続され、そのエミッタは入力側接続部Ｔ１と電気接続され、そのコレクタは開閉スイッチ７１のリレーコイル７１ａ及び抵抗Ｒ２を介して出力側接続部Ｔ２と電気接続されている。
【００８７】
このため、スイッチング素子Ｓ１がオン、オフされて昇圧回路８０による昇圧動作が行われているときには、入力側接続部Ｔ１よりも出力側接続部Ｔ２の電圧レベルが高くなり、これによってスイッチ回路７０のトランジスタＴｒ１のベースに出力側接続部Ｔ２側から抵抗Ｒ１を介して所定の閾値以上のベース電流が供給されてトランジスタＴｒ１がオンする。トランジスタＴｒがオンすると、出力側接続部Ｔ２側から抵抗Ｒ２、リレーコイル７１ａ及びトランジスタＴｒ１を介して入力側接続部Ｔ１に電流（駆動電流）が流れ、この電流によってリレーコイル７１ａが励磁されて開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ２がオフされる。この場合は、出力側接続部Ｔ２への電力供給は専らメイン供給路Ｐ１を介して行われる。
【００８８】
一方、スイッチング素子Ｓ１がオフ状態に保持されて昇圧回路８０による昇圧動作が行われないときには、入力側接続部Ｔ１と出力側接続部Ｔ２の電圧レベルがほぼ等しくなり、これによってスイッチ回路７０のトランジスタＴｒ１はベース電流が供給されないないためオフする。トランジスタＴｒがオフすると、出力側接続部Ｔ２側から抵抗Ｒ２、リレーコイル７１ａ及びトランジスタＴｒ１を介して入力側接続部Ｔ１につながる電気接続路がオフされ、リレーコイル７１ａへの駆動電流の供給が行われず、これによって、開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ２がオンされる。この場合は、出力側接続部Ｔ２への電力供給は、その抵抗差及びダイオードＤ１の順方向電圧により、メイン供給路Ｐ１よりも主にバイパス供給路Ｐ２を介して行われる。
【００８９】
出力側接続部Ｔ２を介して出力される電力は、例えばインバータを介して車両駆動用のモータ等に供給される。
【００９０】
以上のように、本実施形態によれば、昇圧回路８０による昇圧動作を行わないときには、スイッチ回路７０にバイパス供給路Ｐ２をオンさせ、そのバイパス供給路Ｐ２を介して電力供給を行うことができ、その結果、昇圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。
【００９１】
また、バイパス供給路Ｐ２をスイッチ回路７０によりオン、オフするという簡単な構成で、バイパス供給路Ｐ２を介した電力供給を制御することができる。
【００９２】
さらに、出力側接続部Ｔ２の電圧レベルは昇圧回路８０の昇圧動作の有無により変化するため、特段の制御信号なしに、出力側接続部Ｔ２の電圧レベルに基づき、昇圧回路８０の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路Ｐ２を自動的にオン、オフすることができる。
【００９３】
また、開閉スイッチ７１として機械式リレーが用いられるため、半導体スイッチング素子を用いる場合に比して、開閉スイッチにて生じるオン抵抗による電力損失を抑制することができ、高効率の電力変換装置を提供できる。例えば、機械式リレーのオン抵抗は０．３ｍΩ程度であるため、１００Ａ通電の場合でも損失を３Ｗ程度に抑えることができ、メイン供給路Ｐ１により電力供給を行う場合の損失２００Ｗと比較して、１／６０以下の損失レベルとなる。
【００９４】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置が上述の第２実施形態に係る電力変換装置と実質的に異なる点は、開閉スイッチ７１の駆動回路７２の構成が異なる点のみであり、互いに対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００９５】
本実施形態に係る電力変換装置では、図４に示すように、開閉スイッチ７１の駆動回路７２が、制御電圧生成用コイルＬ２と、制御電圧生成用コイルＬ２によって生成された電圧を直流変換して開閉スイッチ７１を駆動するための駆動電流（制御電圧）を生成する直流化回路７３とを備えている。
【００９６】
制御電圧生成用コイルＬ２は、昇圧回路８０の昇圧用コイルＬ１と電磁結合され、メイン供給路Ｐ１の電流変化により生じる昇圧用コイルＬ１の電磁界の変化に基づいて、開閉スイッチ７１をオンさせるための電圧（制御電圧）を生成する。
【００９７】
直流化回路７３は、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ２を備えている。この直流化回路７３は、両端がグランドに電気接続された電気接続路Ｐ４に、リレーコイル７１ａと共に直列に介装されている。この電気接続路Ｐ４には電圧調節用の抵抗Ｒ３，Ｒ４が介装されており、その一端部側から見た電子部品の介装順序は、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ４及びリレーコイル７１ａの順番となっている。ダイオードＤ２はリレーコイル７１ａ側に向けて順方向となるように介装されている。制御電圧生成用コイルＬ２は、抵抗Ｒ３と並列関係をなすようにその両端部が電気接続路Ｐ４に電気接続されている。コンデンサＣは、電気接続路Ｐ４上における抵抗Ｒ４とリレーコイル７１ａとの間の部分とグランドとの間に介装されている。
【００９８】
このような駆動回路７２の構成により、スイッチング素子Ｓ１がオン、オフされて昇圧回路８０による昇圧動作が行われているときには、メイン供給路Ｐ１に電流変化が生じ、この電流変化により昇圧用コイルＬ１にて生じる電磁界変化に基づいて、制御電圧生成用コイルＬ２により電圧が生成される。制御電圧生成用コイルＬ２により電圧が生成されると、その電圧がダイオードＤ２によって直流化されて抵抗Ｒ４を介して、コンデンサＣ２によって平滑化されつつリレーコイル７１ａに与えられ、リレーコイル７１ａに電流が流れる。これによってリレーコイル７１ａが励磁され、開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ２がオフされる。この場合は、出力側接続部Ｔ２への電力供給は専らメイン供給路Ｐ１を介して行われる。
【００９９】
一方、スイッチング素子Ｓ１がオフ状態に保持されて昇圧回路８０による昇圧動作が行われないときには、メイン供給路Ｐ１の電流変化が生じないため、昇圧用コイルＬ１の電磁界変化も生じないとともに、制御電圧生成用コイルＬ２による電圧生成も行われず、これによってリレーコイル７１ａに駆動電流が供給されることもなく、開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ２がオンされる。この場合は、出力側接続部Ｔ２への電力供給は、その抵抗差及びダイオードＤ１の順方向電圧により、メイン供給路Ｐ１よりも主にバイパス供給路Ｐ２を介して行われる。
【０１００】
以上のように、本実施形態においても、上述の第２実施形態とほぼ同様に、昇圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れるとともに、簡単な構成でバイパス供給路Ｐ２を介した電力供給を制御することができ、また、開閉スイッチ７１として機械式リレーが用いられるため、開閉スイッチ７１にて生じる電力損失を抑制することができる。
【０１０１】
また、本実施形態によれば、昇圧回路８０の昇圧動作の有無によりメイン供給路Ｐ１に電流変化が生じるため、特段の制御信号なしに、その電流変化に基づき、昇圧回路８０の昇圧動作の有無に応じてバイパス供給路Ｐ２を自動的にオン、オフすることができる。
【０１０２】
さらに、バイパス供給路Ｐ２をオン、オフする開閉スイッチ７１を駆動するための駆動電流を、昇圧回路８０の昇圧用コイルＬ１と電磁結合させた制御電圧生成用コイルＬ２により発生させる構成であるため、昇圧用コイルＬ１により派生的に生成される電磁エネルギーを有効に利用して開閉スイッチ７１を動作させることができ、高効率の電力変換装置を構成できる。
【０１０３】
また、このような構成により、開閉スイッチ７１を駆動するための駆動回路７２を、高電圧が印加される場合があるメイン供給路Ｐ１及びバイパス供給路Ｐ２から電気的に絶縁することができ、駆動回路７２の構成、及び絶縁対策等を簡易なものとすることができる。
【０１０４】
＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置は、大略的に前述の第３実施形態に係る電力変換装置に降圧変換機能を追加した構成を有し、互いに共通する部分には同一の参照符号を付す。
【０１０５】
この電力変換装置は、図５に示すように、正側の１次側接続部Ｔ１１と正側の２次側接続部Ｔ１２との間を接続するメイン供給路Ｐ１１及びバイパス供給路Ｐ１２と、バイパス供給路Ｐ１２に介装されるスイッチ回路（制御回路）７０と、負側の１次側接続部Ｔ１３と負側の２次側接続部Ｔ１４との間を接続するグランドラインＰ１３とを備えている。グランドラインＰ１３は、メイン供給路Ｐ１１及びバイパス供給路Ｐ１２に共用される。
【０１０６】
なお、本発明に係る第１電力系統にはバイパス供給路Ｐ１２が相当し、第２電力系統にはメイン供給路Ｐ１１が相当しており、切替手段にはスイッチ回路７０が相当している。また、本発明に係る第１接続部には正側の１次側接続部Ｔ１１が相当し、第２接続部には正側の２次側接続部Ｔ１２が相当し、第３接続部には負側の１次側接続部Ｔ１３、負側の２次側接続部Ｔ１４及びグランドラインＰ１３が相当している。また、後述する昇降圧回路９０の昇圧機能に着目した場合には、正側の１次側接続部Ｔ１１が本発明に係る入力側接続部に相当し、正側の２次側接続部Ｔ１２が本発明に係る出力側接続部に相当する。また、昇降圧回路９０の降圧機能に着目した場合には、正側の２次側接続部Ｔ１２が本発明に係る入力側接続部に相当し、正側の１次側接続部Ｔ１１が本発明に係る出力側接続部に相当する。
【０１０７】
メイン供給路Ｐ１１には、昇降圧回路９０が介装され、バッテリ１０から１次側接続部Ｔ１１を介して入力される直流電圧を昇降圧回路９０により昇圧して２次側接続部Ｔ１２に与える一方、モータ側から２次側接続部Ｔ１２を介して入力される回生電流を昇降圧回路９０により降圧して１次側接続部Ｔ１１を介してバッテリ１０に与える。このメイン供給路Ｐ１１は、大略的に昇圧時の供給路Ｐ１１ａと降圧時の供給路Ｐ１１ｂとを有している。
【０１０８】
バイパス供給路Ｐ１２は、昇圧動作停止時及び降圧動作停止時におけるメイン供給路Ｐ１１のバイパス路として機能するものであり、１次側接続部Ｔ１１と２次側接続部Ｔ１２との間で電流（電圧）を直接的に伝達する。
【０１０９】
昇降圧回路９０は、昇降圧用コイルＬ１１と、第１及び第２ダイオードＤ１１，Ｄ１２と、チョッパー用の第１及び第２半導体スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２と、平滑化用の第１及び第２コンデンサＣ１１，Ｃ１２とを備えている。これらの構成要素のうち、第２ダイオードＤ１２、第２スイッチング素子Ｓ１２及び第２コンデンサＣ１２を省略すると昇圧回路としてのみ機能するようになり、第１ダイオードＤ１１、第１スイッチング素子Ｓ１１及び第１コンデンサＣ１１を省略すると降圧回路としてのみ機能するようになる。
【０１１０】
昇降圧用コイルＬ１１は、その一端側が正側の１次側接続部Ｔ１１と電気的に接続されている。昇圧用の第１スイッチング素子Ｓ１１は、昇降圧用コイルＬ１の他端側とグランドラインＰ１３との間に介装されている。降圧用の第２スイッチング素子Ｓ１２は、昇降圧用コイルＬ１１の他端側と正側の２次側接続部Ｔ１２との間に介装されている。これらのスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２は、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ等により構成される。
【０１１１】
第１ダイオードＤ１１は、昇降圧用コイルＬ１１の他端側と正側の２次側接続部Ｔ１２との間に、２次側接続部Ｔ１２側に向けて順方向となるように、かつ、第２スイッチング素子Ｓ１２と並列になるように介装されている。第２ダイオードＤ１２は、昇降圧用コイルＬ１１の他端側とグランドラインＰ１３との間に、昇降圧用コイルＬ１１側に向けて順方向になるように、かつ第１スイッチング素子Ｓ１１と並列になるように介装されている。
【０１１２】
第１コンデンサＣ１１は正負の２次側接続部Ｔ１２，Ｔ１４間に介装されており、第２コンデンサＣ１２は正負の１次側接続部Ｔ１１，Ｔ１３間に介装されている。
【０１１３】
そして、この昇降圧回路９０により昇圧動作では、第２スイッチング素子Ｓ１２がオフに保持された状態で、第１スイッチング素子Ｓ１１が周期的にオン、オフして１次側接続部Ｔ１１を介して昇降圧用コイルＬ１１に入力される直流電流をチョップし、昇降圧用コイルＬ１１に対するエネルギーの蓄積、放出を繰り返すことにより、昇降圧用コイルＬ１１により昇圧された電圧が第１ダイオードＤ１１及び２次側接続部Ｔ１２を介して、第１コンデンサＣ１１によって平滑化されつつ、モータ側に与えられる。
【０１１４】
また、この昇降圧回路９０による降圧動作では、第１スイッチング素子Ｓ１１がオフに保持された状態で、第２スイッチング素子Ｓ１２が周期的にオン、オフして２次側接続部Ｔ１２を介して昇降圧用コンデンサＬ１１に入力される電流をチョップし、昇降圧用コイルＬ１１に対するエネルギーの蓄積、放出を繰り返すことにより、昇降圧コイルＬ１１のエネルギー放出時に降圧された電流が、第２コンデンサＣ１２、昇降圧コイルＬ１１及び１次側接続部Ｔ１１を介してバッテリ１０側に流れ（経路Ｐ１１ｃ）、回生電流によるバッテリ１０の充電が行われるようになっている。
【０１１５】
なお、この昇圧動作及び降圧動作を行わないときには、第１及び第２スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２はオフ状態に保持されるようになっている。
【０１１６】
バイパス供給路Ｐ１２に介装されるスイッチ回路７０及びその駆動回路７２は、前述の第３実施形態に係る構成と同一であり、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態では制御電圧生成用コイルＬ２が、昇降圧用コイルＬ１１と電磁結合されている。
【０１１７】
そして、第１又は第２スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２がオン、オフされて昇降圧回路９０による昇圧動作又は降圧動作が行われているときには、上述のように、メイン供給路Ｐ１１に電流変化が生じ、この電流変化により昇降圧用コイルＬ１１にて生じる電磁界変化に基づいて、制御電圧生成用コイルＬ２により電圧が生成され、それにより生じる電流によりリレーコイル７１ａが励磁され、開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ１２がオフされる。この場合は、バッテリ１０からの２次側接続部Ｔ１２への電力供給、及びモータ回生電流の１次側接続部Ｔ１１への電力供給は、専らメイン供給路Ｐ１１を介して行われる。
【０１１８】
一方、第１及び第２スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２の周期的なオン、オフ動作が停止されて昇降圧回路９０による昇圧動作及び降圧動作が行われないときには、上述のように、メイン供給路Ｐ１１の電流変化が生じないため、昇圧用コイルＬ１の電磁界変化も生じないとともに、制御電圧生成用コイルＬ２による電圧生成も行われず、リレーコイル７１ａにも駆動電流が供給されることもなく、開閉スイッチ７１によってバイパス供給路Ｐ１２がオンされる。この場合におけるバッテリ１０側からモータ側への電力供給は、その抵抗差及び第１ダイオードＤ１１の順方向電圧により、メイン供給路Ｐ１１よりも主にバイパス供給路Ｐ１２を介して行われる。また、この場合におけるモータ側からバッテリ１０側への回生電流の供給は、専らバイパス供給路Ｐ１２を介して行われる。
【０１１９】
このような電力変換装置は、例えば上述の図１の駆動システム等に用いられる。図１の駆動システムに適用する場合、電力変換装置は、バッテリ１０とインバータ２０との間における昇圧コンバータ４０及び切替手段５０の部分に介装される。そして、バッテリ１００からの電力が電力変換装置によって昇圧等されてインバータ２０を介してモータ３０に供給される一方、モータ３０からの回生電流がインバータ２０を介して電力変換装置に与えられて降圧等されてバッテリ１０に供給されて充電されるようになっている。
【０１２０】
電力変換装置は、上記のように昇圧回路としての機能、降圧回路としての機能、及びバイパス供給路Ｐ１２を用いた単なる伝達路としての機能の３つの機能を有しているが、これらのいずれの機能を電力変換装置に発揮させるかは、例えば制御手段（例えば、フィードバック手段６０等）によって切替制御される。
【０１２１】
例えば、モータ３０駆動時であって、モータ３０の回転数が所定の基準回転レベルを上回っている場合には、電力変換装置に昇圧動作を行わせて昇圧したバッテリ１０の電力をインバータ２０を介してモータ３０に供給する一方、モータ３０駆動時であって、モータ３０の回転数が基準回転レベル以下である場合には、電力変換装置の昇圧動作を停止させてバッテリ１０からの電力を電力変換装置のバイパス供給路Ｐ１２を介して直接モータ３０側に供給するようになっている。
【０１２２】
また、自動車の制動時であって、モータ３０からの回生電流の電圧が所定の基準電圧レベルを上回っている場合には、電力変換装置に降圧動作を行わせて降圧した回生電流をバッテリ１０側に戻す一方、自動車の制動時であって、モータ３０からの回生電流の電圧が基準電圧レベル以下である場合には、電力変換装置の降圧動作を停止させてモータ３０からの回生電流を電力変換装置のバイパス供給路Ｐ１２を介して直接バッテリ１０側に戻すようになっている。
【０１２３】
以上のように、本実施形態においても、昇圧回路８０を昇降圧回路９０に変更した点に関連する部分を除いて、上述の第３実施形態とほぼ同様な効果が得られるとともに、昇降圧回路９０による昇圧動作及び降圧動作を行わないときには、バイパス供給路Ｐ１２を介して電力供給を行うように設定することができ、その結果、昇圧動作及び降圧動作を行わないときの電力損失を低減して効率の向上が図れる。例えば、バッテリ１０側から供給される電力を昇圧せずにモータ３０側に供給するとき、及びモータ３０側から回生により供給される電力を降圧せずにバッテリ１０側に供給するときに、それらの電力をバイパス供給路Ｐ１２を介して伝達することができ、自動車の駆動システムの効率化が図れる。
【０１２４】
＜変形例＞
なお、上述の第２ないし第４実施形態では、開閉スイッチ７１として機械式リレーを用いたが、変形例として、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いて開閉スイッチ７１を構成してもよい。これによって、機械式リレーを用いる場合に比して、故障を低減して信頼性の向上が図れるとともに、小型、軽量化等に有利な電力変換装置を提供できる。
【０１２５】
また、さらなる変形例として、開閉スイッチ７１を、ＳｉＣのワイドバンドギャップ半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子により構成してもよい。これによって、バイパス供給路Ｐ２，Ｐ１２を介して電力供給する際の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動システムの機能ブロック図である。
【図２】インバータの回路図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る車載用の電力変換装置の回路図である。
【図６】従来の駆動システムの機能ブロック図である。
【図７】従来の電力変換装置の回路図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  バッテリ
２０  インバータ
２１  スイッチ素子
２２  ダイオード
３０  モータ
４０  昇圧DC/DCコンバータ
５０  切替手段
６０  フィードバック手段
７０  スイッチ回路
８０  昇圧回路
９０  昇降圧回路
７１  開閉スイッチ
７２  駆動回路
７３  直流化回路
Ｄ１  ダイオード
Ｄ１１  第１ダイオード
Ｄ１２  第２ダイオード
Ｌ１  昇圧用コイル
Ｌ２  制御電圧生成用コイル
Ｌ１１  昇降圧用コイル
Ｐ１，Ｐ１１  メイン供給路
Ｐ２，Ｐ１２  バイパス供給路
Ｓ１  スイッチング素子
Ｓ１１  第１スイッチング素子
Ｓ１２  第２スイッチング素子
Ｔ１，Ｔ３  入力側接続部
Ｔ２，Ｔ４  出力側接続部
Ｔ１１，Ｔ１３  １次側接続部
Ｔ１２，Ｔ１４  ２次側接続部
【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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