(57)【要約】【課題】カレントトランスの一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも正確に検出することを可能にすることができる整流回路を提供する。【解決手段】カレントトランス２１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの回路中で、バッテリ１４への充電時とバッテリ１４からの放電時とで直流電流の流れる向きが変わる直流部２０に挿入されている。カレントトランス２１の二次側にフルブリッジ式の整流回路２２が接続されている。整流回路２２はスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１，Ｄ３の直列回路、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２，Ｄ４の直列回路が並列に接続されるとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のカソードが二次電流の流れの下流側となっている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は二次電流の流れに沿う電流経路を選択する選択手段を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントトランスの二次側に接続されるフルブリッジ式の整流回路であって、二次電流の流れに沿う電流経路を選択する選択手段を備えていることを特徴とする整流回路。
【請求項２】
前記選択手段はトランジスタを備え、前記整流回路は前記選択手段とダイオードの直列回路が２個並列に接続されるとともに、前記ダイオードのカソードが前記二次電流の流れの下流側となっている請求項１に記載の整流回路。
【請求項３】
前記トランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、前記選択手段はさらにＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードを備える請求項２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記カレントトランスは、双方向の電力変換装置の回路中で直流の方向が変更される直流部に挿入されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路に係り、詳しくはカレントトランスを使用して電流検出を行う際に使用される整流回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電流の電流量を検出する方法としてカレントトランスを使用する方法がある。カレントトランスを使用する場合、図４（ａ）に示すように、カレントトランスＣＴの二次側に１個のダイオードＤを接続した整流回路を設けるとともに、シャント抵抗４１をカレントトランスＣＴの二次巻線に並列に接続する。
【０００３】
従来、交流電源から整流回路と平滑回路とを介して得られた直流を、逆変換回路により所望の周波数及び電圧の交流に変換して電動機に給電するインバータにおいて、交流電源からインバータへの入力電流検出値が規定値を越えないように該インバータが出力する交流を調整する際の入力電流検出方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の入力電流検出方法では、交流電源から前記整流回路への線路（配線）に挿設されたカレントトランスの二次電流を整流して平滑した値と、前記平滑回路の出力値とに基づく演算値を入力電流の検出値とする。そして、カレントトランスの二次電流を整流する際に全波整流器を使用している。
【０００４】
また、カレントトランスを用いた電流検出回路において、カレントトランスの一次側に負荷電流を流し、二次側の出力電圧を整流して直流にし、Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換し、その出力データによって負荷電流の大きさを検知する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。この電流検出回路においてもカレントトランスの二次側に全波整流回路が使用されている。
【特許文献１】特開２０００−２７２５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５６１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カレントトランスは、直流であってもパルス的に流れる直流の電流を検出することができる。直流が常に一定方向に流れる回路であれば、図４（ａ）の半波整流でも、カレントトランスＣＴの一次側に流れる電流の方向が、二次側に流れる電流がダイオードＤの向きに一致する方向とすれば、支障無く電流を検出できる。しかし、直流が常に一定方向に流れるのではなく、例えば、ハイブリッド車に使用される双方向の電力変換装置の直流部では、パルス的に流れる直流の向きが充電時と、放電時とで異なる。その場合、カレントトランスＣＴでは、図４（ｂ）に示すように、一次電圧Ｖ１が正の場合（二次側に発生する電流がダイオードＤの順方向に流れる場合）は、シャント抵抗４１で二次側に発生する二次電圧Ｖ２を検出することができる。しかし、一次電圧Ｖ１が負の場合は、二次電圧Ｖ２を検出することができない。従って、半波整流の整流器では、各方向に対応して２個の整流器が必要になる。
【０００６】
一方、特許文献１や特許文献２のように全波整流器を使用すれば、半波整流器の場合と異なり、電流が一方向だけでなく、反対方向に流れる場合でも電流値を検出することができる。しかし、特許文献１や特許文献２の場合は、交流の電流値を検出することを前提としたものであり、目的の方向に流れている直流の値を精度良く測定するには不十分である。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、カレントトランスの一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも、目的とする方向に流れる電流量を正確に検出することを可能にすることができる整流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、カレントトランスの二次側に接続されるフルブリッジ式の整流回路であって、二次電流の流れに沿う電流経路を選択する選択手段を備えている。
【０００９】
この発明では、カレントトランスの一次側を流れる検出すべき直流の向きに対応して二次側に流れる電流の流れに沿う電流経路が選択手段により選択される。そのため、ノイズとして一次側に向きの異なる電流が流れた場合にカレントトランスに起電力が発生しても、選択手段により選択された電流経路を流れることができないため、結果として電流は流れず、選択された電流経路にノイズの電流が流れることが防止される。従って、カレントトランスの一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも正確に検出することが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記選択手段はトランジスタを備え、前記整流回路は前記選択手段とダイオードの直列回路が２個並列に接続されるとともに、前記ダイオードのカソードが前記二次電流の流れの下流側となっている。この発明では、トランジスタのオン、オフを制御することにより、カレントトランスの二次側に発生する電流の流れに沿う電流経路が選択される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記トランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、前記選択手段はさらにＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと逆向きに直列接続されたダイオードを備える。この発明では、ＭＯＳＦＥＴのオン、オフを制御することにより、カレントトランスの二次側に発生する電流の流れに沿う電流経路が選択される。また、ＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを備えているため、ＭＯＳＦＥＴに逆バイアスの電圧がかかった際の破損の虞を回避するために逆並列のダイオードを設ける必要がない。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記カレントトランスは、双方向の電力変換装置の回路中で直流の方向が変更される直流部に挿入されている。この発明では、電力変換装置の直流部に流れる直流の向きに対応して選択手段により適切な電流経路が選択された状態で整流回路が使用される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カレントトランスの一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも、目的とする方向に流れる電流量を正確に検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をハイブリッド車のＤＣ／ＤＣコンバータの電流検出回路に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ハイブリッド車は、図示しないエンジンにより回転駆動される発電機１１を備え、発電機１１に発電機１１からの交流を直流に変換するコンバータ１２が電気的に接続されている。コンバータ１２の出力端子１２ａ，１２ｂには、平滑コンデンサ１３が並列に接続されており、また、出力端子１２ａ，１２ｂには、バッテリ１４が双方向の電力変換装置としての電圧変換用の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して並列に接続されている。図示しない車輪を駆動するモータ１６に交流電流を供給するインバータ１７は、コンバータ１２及びバッテリ１４からの直流を入力してモータ用の交流に変換する。このハイブリッド車は、エンジンが発電機１１を駆動し、発電機１１で発電された電力あるいはバッテリ１４の電力で、車輪を駆動するモータ１６を駆動し、発電機１１で発電された電力の余った電力をバッテリ１４に充電する所謂シリーズ方式のハイブリッド車である。
【００１５】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、制御装置１８によりコンバータ１２の出力をバッテリ１４に充電する状態と、バッテリ１４の電力をインバータ１７に供給する状態とに切り換えられるようになっている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は電流検出回路１９を備えている。電流検出回路１９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の回路中で直流の向きが変更される直流部の電流を検出するために設けられている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、電流検出回路１９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の回路中で、バッテリ１４への充電時とバッテリからの放電時とで直流電流の流れる向きが変わる部分、即ち直流の方向が変更される直流部２０に挿入されたカレントトランス２１を備えている。カレントトランス２１の二次側にフルブリッジ式の整流回路２２が接続されている。整流回路２２は４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を備えている。４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、ダイオードＤ１とダイオードＤ３及びダイオードＤ２とダイオードＤ４がそれぞれ直列に接続され、ダイオードＤ１及びダイオードＤ３の接続点と、ダイオードＤ２及びダイオードＤ４の接続点とがそれぞれカレントトランス２１の二次側コイル２１ａに接続されている。そして、ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードが整流回路２２の出力端子２２ａに接続されている。電流検出用のシャント抵抗Ｒ１は、一端が出力端子２２ａに接続され、他端が接地されている。なお、カレントトランス２１の二次側コイル２１ａと並列に抵抗Ｒ２が接続されている。
【００１７】
ダイオードＤ１，Ｄ２のアノード側にはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれｐチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成され、ドレインがダイオードＤ１，Ｄ２のアノード、即ちＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとダイオードＤ１，Ｄ２が逆向きに接続されるとともにソースが接地されている。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御装置１８からの制御信号がゲートに入力され、バッテリ１４への充電及び放電に対応して直流部２０に流れる電流の向きに対応して、一方がオン、他方がオフとなるように制御されるようになっている。即ち、二次電流の流れに沿う電流経路を選択する選択手段は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（トランジスタ）を備えている。整流回路２２はスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１，Ｄ３の直列回路、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２，Ｄ４の直列回路が並列に接続されるとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のカソードが二次電流の流れの下流側となっている。そして、直列回路のうちＭＯＳＦＥＴがオンの状態の直列回路を二次電流が流れる。
【００１８】
次に前記のように構成された電流検出回路１９の作用を説明する。制御装置１８は、発電機１１の発電状態及びモータ１６の駆動に必要な電力とから、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５をバッテリ１４への充電状態にするか、放電状態にするかを判断し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を対応する状態に制御する。
【００１９】
カレントトランス２１の二次側コイル２１ａに、図３における実線の矢印Ａ１の向きに二次電流が流れる状態となるように直流部２０に電流が流れる場合は、制御装置１８からの制御信号により、スイッチング素子Ｑ１がオン状態に保持され、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態に保持される。その状態では、二次側電流は、スイッチング素子Ｑ１→ダイオードＤ１→二次側コイル２１ａ→ダイオードＤ４→シャント抵抗Ｒ１の経路で流れ、シャント抵抗Ｒ１の端子電圧を測定することにより、カレントトランス２１の一次側に流れる電流量を検出することができる。
【００２０】
また、カレントトランス２１の二次側コイル２１ａに、図３における二点鎖線の矢印Ａ２の向きに二次電流が流れる状態となるように直流部２０に電流が流れる場合は、制御装置１８からの制御信号により、スイッチング素子Ｑ２がオン状態に保持され、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態に保持される。その状態では、二次側電流は、スイッチング素子Ｑ２→ダイオードＤ２→二次側コイル２１ａ→ダイオードＤ３→シャント抵抗Ｒ１の経路で流れ、シャント抵抗Ｒ１の端子電圧を測定することにより、カレントトランス２１の一次側に流れる電流量を検出することができる。
【００２１】
即ち、カレントトランス（ＣＴ）２１の一次側に流れる電流の電圧Ｖ１が図２に示すように変化する場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフを図２に示すように制御すれば、電圧Ｖ１に対応してカレントトランス２１の二次側に流れる電流の電圧Ｖ２を検出することができる。
【００２２】
例えば、バッテリ１４の充電時において直流部２０に流れる電流の向きが、カレントトランス２１の二次側コイル２１ａに矢印Ａ１の向きに電流が流れる向きであれば、充電時には制御装置１８からスイッチング素子Ｑ１をオン、スイッチング素子Ｑ２をオフにする制御信号が出力される。また、放電時には制御装置１８からスイッチング素子Ｑ２をオン、スイッチング素子Ｑ１をオフにする制御信号が出力される。
【００２３】
充電時及び放電時とも直流部２０には直流がパルス的に流れるが、スイッチング素子Ｑ１は充電中オン状態に保持され、スイッチング素子Ｑ２は放電中オン状態に保持される。充電時、直流部２０にノイズとして放電時の向きに電流が流れた場合、カレントトランス２１の二次側コイル２１ａには充電時と逆向きの起電力が発生する。しかし、逆向きの電流の経路を構成するスイッチング素子Ｑ２がオフ状態に保持されているため、カレントトランス２１に起電力が発生してもシャント抵抗Ｒ１に電流が流れない。従って、誤検出が防止される。
【００２４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）整流回路２２はフルブリッジ式の整流回路であって、カレントトランス２１の二次側に接続されて使用されるとともに、カレントトランス２１の二次電流の流れに沿う電流経路を選択する選択手段（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）を備えている。従って、ノイズとして一次側に向きの異なる電流が流れた場合にカレントトランス２１の二次側に起電力が発生しても電流は流れず、カレントトランス２１の一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも正確に検出することが可能になる。
【００２５】
（２）前記選択手段はトランジスタ（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）を備え、整流回路２２は選択手段（スイッチング素子Ｑ１）とダイオードＤ１，Ｄ３、選択手段（スイッチング素子Ｑ２）とダイオードＤ２，Ｄ４の直列回路が２個並列に接続されるとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のカソードが二次電流の流れの下流側となっている。前記直列回路のうちスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンの状態の直列回路を二次電流が流れる。そして、制御装置１８からの制御信号によってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフを制御することにより、カレントトランス２１の二次側に発生する電流の流れに沿う電流経路が選択される。従って、直流部２０を流れる電流の向きに対応した電流経路が確実に選択される。
【００２６】
（３）スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はＭＯＳＦＥＴで構成されている。図１（ｂ）に示すように、カレントトランス２１に対して二次側コイル２１ａのダイオードＤ１のアノードとの接続側に＋電圧がかかり、スイッチング素子Ｑ１がオフでスイッチング素子Ｑ２がオンの状態では、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｑ１に図１（ｂ）のように電圧がかかる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がバイポーラトランジスタで構成されている場合、スイッチング素子Ｑ１に逆バイアスの電圧がかかり破損の虞がある。しかし、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がＭＯＳＦＥＴで構成されている場合は、ＭＯＳＦＥＴが備えている寄生ダイオードＤｐの作用により、スイッチング素子Ｑ１に逆バイアスの電圧がかかるのが防止される。また、ＭＯＳＦＥＴはゲート絶縁型のため、二次電流にスイッチング素子駆動のための電流が流れ込まないため良い。
【００２７】
（４）カレントトランス２１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の回路中で直流の方向が変更される直流部２０に挿入されている。そして、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の直流部２０に流れる直流の向きに対応して選択手段（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２）によって適切な電流経路が選択された状態で整流回路２２が使用される。従って、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の作動状態、即ち、バッテリ１４への充電あるいは放電に対応した状態において、直流部２０を流れる電流量を精度良く検出することが可能になる。
【００２８】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  ダイオードＤ３，Ｄ４に代えてスイッチング素子を使用する。そして、スイッチング素子Ｑ１と直列に接続されたスイッチング素子は、スイッチング素子Ｑ１がオンの時にオフ、オフの時にオンとなるように制御し、スイッチング素子Ｑ２と直列に接続されたスイッチング素子は、スイッチング素子Ｑ２がオンの時にオフ、オフの時にオンとなるように制御する。この場合も、カレントトランス２１の一次側にパルス的に流れる直流がいずれの方向に流れる場合でも正確に検出することが可能になる。
【００２９】
○  スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を構成するトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴに限らず他のトランジスタ、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）、接合型ＦＥＴであってもよい。バイポーラトランジスタやＩＧＢＴを使用する場合は、ＭＯＳＦＥＴのソースが接続される部分にエミッタを接続し、ドレインが接続される部分にコレクタを接続する。なお、ＭＯＳＦＥＴのような逆並列の寄生ダイオードを持たないトランジスタをスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に使用することも可能であるが、前記のようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆バイアスの電圧がかかった際に破損の虞があるため、逆並列のダイオードをさらに設けるのが好ましい。
【００３０】
○  スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として寄生ダイオードを有さないトランジスタを使用し、逆並列のダイオードを設けない場合は、ダイオードＤ１，Ｄ２はなくてもよい。
○  スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（トランジスタ）は必ずしも接地しない構成であってもよい。例えば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソースを接地する代わりに、シャント抵抗Ｒ１の他端に接続してもよい。しかし、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作電位を固定するため、接地することが好ましい。
【００３１】
○  ダイオードＤ１，Ｄ３及びスイッチング素子Ｑ１の接続順序は実施形態の順に限らない。例えば、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ１とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ１との接合点をカレントトランス２１に接続したり、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ１とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ３とスイッチング素子Ｑ１との接合点をカレントトランス２１に接続したりしてもよい。また、ダイオードＤ３とスイッチング素子Ｑ１とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ３とダイオードＤ１との接合点をカレントトランス２１に接続してもよい。同様に、ダイオードＤ２，Ｄ４及びスイッチング素子Ｑ２の接続順序は実施形態の順に限らない。例えば、ダイオードＤ２とスイッチング素子Ｑ２とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ２とスイッチング素子Ｑ２との接合点をカレントトランス２１に接続したり、ダイオードＤ２とスイッチング素子Ｑ２とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ４とスイッチング素子Ｑ２との接合点をカレントトランス２１に接続したりしてもよい。また、ダイオードＤ４とスイッチング素子Ｑ２とを入れ替えるとともに、ダイオードＤ４とダイオードＤ２との接合点をカレントトランス２１に接続してもよい。
【００３２】
○  シリーズ方式のハイブリッド車に代えて、車輪を電気エネルギー（電力）による駆動とエンジンによる機械エネルギーによる駆動の両方で行うパラレル方式のハイブリッド車に使用してもよい。パラレル方式のハイブリッド車でも、エンジンの効率が悪い軽負荷時には電動機を発電機に代えて充電を行い、エンジンに負荷が大きくかかる発進時や加速時にバッテリで電動機を駆動して駆動力を補助するため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が必要になる。また、パラレル方式とシリーズ方式を組み合わせたスプリット方式のハイブリッド車に適用してもよい。
【００３３】
○  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、ハイブリッド車において車輪を駆動するモータの電源となるバッテリの充電及び放電用に設けられるものに限らない。例えば、高圧（４２Ｖ）で駆動される補機用のバッテリと、低圧（１２Ｖ）で駆動される補機用のバッテリを備えた車両において、４２Ｖ系と１２Ｖ系とを相互補完するために、直流電圧を、異なる電圧の直流電圧へ昇圧する場合と降圧する場合の両方に対応した双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに適用してもよい。
【００３４】
○  車両に限らず、他の用途、例えば、無停電電源装置のように、正常時は商用電源を負荷に供給し、停電時にはバッテリの電源を負荷に供給し、バッテリの充電を正常時に商用電源から行う装置や、バッテリ併用型太陽光発電設備に適用してもよい。
【００３５】
○  車両に限らず、他の用途で電圧の異なる複数のバッテリを備えた装置に適用してもよい。
○  電力変換装置は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに限らず、ＤＣ／ＡＣインバータであってもよい。ＡＣ→ＤＣ→ＡＣのような電源装置（直流部のある双方向電源装置ならなんでも）でもよい。
【００３６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記トランジスタは接地されている。
【００３７】
（２）請求項１又は請求項２に記載の発明の整流回路を備えた電流検出回路。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は一実施形態におけるハイブリッド車の電気系統の構成を示すブロック図、（ｂ）は電流検出回路の回路図。
【図２】検出電圧波形を示す波形図。
【図３】作用を説明する回路図。
【図４】（ａ）は従来技術を示す回路図、（ｂ）は検出電圧波形を示す波形図。
【符号の説明】
【００３９】
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード、Ｄｐ…寄生ダイオード、Ｑ１，Ｑ２…選択手段を構成するスイッチング素子、１５…双方向の電力変換装置としての双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０…直流部、２１…カレントトランス、２２…整流回路。
【図１】
2007325340.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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