(57)【要約】【課題】スイッチング素子やコンデンサにおける損失を軽減できるとともに、１次側と２次側とのスイッチングの制御が容易な電源回路を提供する。【解決手段】交流電圧を出力するスイッチング回路と、第１から第３のコイルを有するトランスと、第２のコイルの出力を整流する整流回路と、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、スイッチングタイミングを制御する制御回路とを有し、制御回路は、前記スイッチング回路のスイッチングの第１のデューティ比を漸次増加させるとともに、前記容量素子の両端の出力電圧が所定の出力に達するまで前記第２のスイッチング素子を前記第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比でオンオフする制御を行う電源回路。【選択図】図１
2013251965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、
前記第２のコイルの出力を整流する整流回路と、
前記整流回路に接続される平滑回路と、
前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、
前記スイッチング回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記スイッチング回路のスイッチングの第１のデューティ比を漸次増加させるとともに、前記容量素子の両端の出力電圧が所定の出力に達するまで前記第２のスイッチング素子を前記第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比でオンオフする制御を行うことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、
前記第２のコイルの出力を整流する整流回路と、
前記整流回路に接続される平滑回路と、
前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、
前記スイッチング回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達するまで前記スイッチング回路のスイッチングのデューティ比を漸次増加させ、
前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達すると、前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングの制御を開始し、前記容量素子の両端の出力が所定の出力に達するまで、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティ比を漸次増加させることを特徴とする電源回路。
【請求項３】
前記整流回路は、第３から第６のスイッチング素子を有するブリッジ回路であり、
前記制御回路は、さらに前記ブリッジ回路のスイッチングタイミングを制御し、
前記ブリッジ回路は、力行時には前記第２のコイルの出力を整流するとともに、回生時には前記第３から第６のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより直流電力を交流に変換して前記第２のコイルに出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
力行時には、前記第２のコイルに誘起された電力に基づく出力を前記平滑回路から出力させ、回生時には、前記平滑回路への入力を、前記スイッチング回路に入力させる切換回路、
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の電源回路。
【請求項５】
少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、
第３から第６のスイッチング素子を有し、力行時には前記第２のコイルの出力を整流するとともに、回生時には前記第３から第６のスイッチング素子のタイミングを制御されることにより直流電力を交流に変換して前記第２のコイルに出力するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に接続される平滑回路と、
前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、
前記ブリッジ回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、回生時に、前記ブリッジ回路のスイッチングの第１のデューティ比を漸次増加させるとともに、前記容量素子の両端の出力電圧が所定の出力に達するまで前記第２のスイッチング素子を前記第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比でオンオフする制御を行うことを特徴とする電源回路。
【請求項６】
少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、
第３から第６のスイッチング素子を有し、力行時には前記第２のコイルの出力を整流するとともに、回生時には前記第３から第５のスイッチング素子のタイミングを制御されることにより直流電力を交流に変換して前記第２のコイルに出力するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に接続される平滑回路と、
前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、
前記ブリッジ回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、回生時に、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達するまで前記スイッチング回路のスイッチングのデューティ比を漸次増加させ、
前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達すると、前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングの制御を開始し、前記容量素子の両端の出力が所定の出力に達するまで、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティ比を漸次増加させることを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用の電源回路等においては、複数の出力を必要とする場合があり、多段の電圧変換回路を統合した電源回路が使用されることがある。このような電源回路においては、１次側のスイッチング素子と２次側のスイッチング素子との同期をとるようにしている。
【０００３】
例えば、１次巻線と第１および第２の２次巻線とを有する多出力安定化電源装置において、１次巻線への入力信号をオンオフする第１のスイッチング素子と、第２の２次巻線に誘起されるスイッチング信号をオンオフする第２のスイッチング素子とを備えた例がある。このとき、第２のスイッチング素子のオンオフのタイミングを第１のスイッチング素子のタイミングに同期させる同期化手段を設ける。この例では、同期化手段は、第１のスイッチング素子がオンしている間に第２のスイッチング素子をオンさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−６０８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような電源回路においては、例えば立ち上がり時に、突入電流が流れることにより、１次側のスイッチング素子や、出力側に設けられているコンデンサで損失が生じることを防止するため、ソフトスタートを行うことがある。ソフトスタートの開始時には、デューティ比の低いパルスをスイッチング素子に印加することになる。ところで、特許文献１のように１次側と２次側にともにスイッチング素子を設けている場合には、１次側と２次側のスイッチングのタイミングは同期をとる必要がある。しかしながら、ソフトスタート開始時のように、デューティ比の低いパルス同士の同期をとるのは非常に困難であるという問題がある。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明では、スイッチング素子やコンデンサにおける損失を軽減できるとともに、１次側と２次側とのスイッチングの制御が容易な電源回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの態様である電源回路は、少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、前記第２のコイルの出力を整流する整流回路と、前記整流回路に接続される平滑回路と、前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、前記スイッチング回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記スイッチング回路のスイッチングの第１のデューティ比を漸次増加させるとともに、前記容量素子の両端の出力電圧が所定の出力に達するまで前記第２のスイッチング素子を前記第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比でオンオフする制御を行うことを特徴としている。
【０００８】
別の態様である電源回路は、少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、前記第２のコイルの出力を整流する整流回路と、前記整流回路に接続される平滑回路と、前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、前記スイッチング回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達するまで前記スイッチング回路のスイッチングのデューティ比を漸次増加させ、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達すると、前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングの制御を開始し、前記容量素子の両端の出力が所定の出力に達するまで、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティ比を漸次増加させることを特徴としている。
【０００９】
別の態様である電源回路は、少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、第３から第６のスイッチング素子を有し、力行時には前記第２のコイルの出力を整流するとともに、回生時には前記第３から第６のスイッチング素子のタイミングを制御されることにより直流電力を交流に変換して前記第２のコイルに出力するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に接続される平滑回路と、前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、前記ブリッジ回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、回生時に、前記ブリッジ回路のスイッチングの第１のデューティ比を漸次増加させるとともに、前記容量素子の両端の出力電圧が所定の出力に達するまで前記第２のスイッチング素子を前記第１のデューティ比よりも大きい第２のデューティ比でオンオフする制御を行うことを特徴としている。
【００１０】
さらに別の態様である電源回路は、少なくとも一つの第１のスイッチング素子を有し、前記少なくとも一つの第１のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御されることにより交流電圧を出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された第１のコイルと、２次側に設けられた第２のコイルおよび第３のコイルを有するトランスと、第３から第６のスイッチング素子を有し、力行時には前記第２のコイルの出力を整流するとともに、回生時には前記第３から第５のスイッチング素子のタイミングを制御されることにより直流電力を交流に変換して前記第２のコイルに出力するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に接続される平滑回路と、前記第３のコイルに接続され、少なくとも一つの第１の整流素子と、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子と、誘導素子と、容量素子とを有する電力変換回路と、前記ブリッジ回路および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、回生時に、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達するまで前記スイッチング回路のスイッチングのデューティ比を漸次増加させ、前記平滑回路の出力電圧が所定の出力に達すると、前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングの制御を開始し、前記容量素子の両端の出力が所定の出力に達するまで、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティ比を漸次増加させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スイッチング素子やコンデンサにおける損失を軽減できるとともに、１次側と２次側とのスイッチングの制御が容易な電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態による電源回路の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態によるソフトスタート動作を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態によるスイッチング回路およびトランジスタの動作を説明する図であり、（ａ）は、デューティ比の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を示す。
【図４】第１の実施の形態の変形例によるソフトスタート動作を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態の変形例によるスイッチング回路およびトランジスタの動作を説明する図であり、（ａ）は、デューティ比の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を示す。
【図６】第２の実施の形態による電源回路の構成を示す図である。
【図７】第３の実施の形態による電源回路の構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態によるソフトスタート動作を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施の形態の変形例によるソフトスタート動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照しながら、第１の実施の形態による電源回路について説明する。まず、図１を参照しながら、本実施の形態による電源回路１の構成について説明する。図１は、第１の実施の形態による電源回路の構成を示す図である。図１に示すように、電源回路１は、スイッチング回路５、トランス５１、整流回路６１、チョークコイル６３、コンデンサ６５、ダイオードＤ３１、Ｄ３２、トランジスタＱ３１、ダイオードＤ３３、チョークコイル７３、コンデンサ７６を備えて構成されている。
【００１４】
電源回路１は、端子６７Ａ、６７Ｂ間および端子７９Ａ、７９Ｂ間に充電池を接続することにより充電を行う充電回路の機能を有している。例えば、端子６７Ａ、６７Ｂ間には、端子７９Ａ、７９Ｂ間よりも高い電圧が出力されるように構成される。
【００１５】
不図示の電源がコンデンサ３の両端の端子４Ａ、４Ｂに接続される。なお、電源は、例えば商用電源からの入力電力を整流および平滑して直流電力として出力する電源である。スイッチング回路５は、コンデンサ３と並列に接続される。スイッチング回路５は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４を備えたブリッジ回路である。トランジスタＱ１１〜Ｑ１４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を使用することができる。
【００１６】
トランジスタＱ１２、Ｑ１３は、ドライバ７と接続されることによりオンオフを制御され、トランジスタＱ１１、Ｑ１４は、ドライバ９と接続されることによりオンオフを制御される。
【００１７】
トランス５１は、１次側の第１のコイル５３、および２次側の第２のコイル５５および第３のコイル５７、５９を有している。第１のコイル５３は、スイッチング回路５の一方のブリッジ辺の中点と、他方のブリッジ辺の中点とに接続される。
【００１８】
第２のコイル５５の出力側には、整流回路６１が接続されている。整流回路６１は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４によるブリッジ回路である。整流回路６１の出力側には、整流回路６１に並列に、チョークコイル６３およびコンデンサ６５が接続されている。チョークコイル６３およびコンデンサ６５は、互いに直列に接続されている。コンデンサ６５には、電圧計ＶＳ２１が接続されている。
【００１９】
第３のコイル５７は、一端を接地され、他端はダイオードＤ３１のアノード側に接続されている。第３のコイル５９は、一端を接地され、他端はダイオードＤ３２のアノード側に接続されている。第３のコイル５７と、第３のコイル５９とは、互いに逆極性の一端側を接地されている。
【００２０】
ダイオードＤ３１、Ｄ３２のカソード側には、例えばトランジスタＱ３１が接続される。トランジスタＱ３１は、ドライバ８１からの駆動信号を入力される。トランジスタＱ３１には、互いに直列に接続されたチョークコイル７３およびコンデンサ７６と、それらに並列に接続されたダイオードＤ３３が接続されている。ダイオードＤ３３は、アノード側が接地されている。コンデンサ７６には、電圧計ＶＳ３１が接続されている。コントローラ８５は、電圧計ＶＳ２１、ＶＳ３１に接続されるとともに、ドライバ７、ドライバ９、ドライバ８１と接続されている。
【００２１】
上記のように構成される電源回路１では、不図示の電源がコンデンサ３の両端の端子４Ａ、４Ｂに接続され、直流電力を供給する。スイッチング回路５において、ドライバ７とドライバ９とは互いに交互に、それぞれに接続されているトランジスタＱ１１〜Ｑ１４をオンオフさせる。これにより、電流Ｉｐが発生し、スイッチング回路５は、トランス５１の１次側の第１のコイル５３に交流を出力する。なお、ドライバ７、ドライバ９は、コントローラ８５に接続され、コントローラ８５からの信号に基づきトランジスタＱ１１〜Ｑ１４の駆動信号を生成する。
【００２２】
トランス５１において、２次側の第２のコイル５５および第３のコイル５７、５９には、第１のコイル５３により、１次側と２次側との巻数比に応じた電流が誘起される。第２のコイル５５の出力側の整流回路６１は、第２のコイル５５に誘起された交流電流を整流し、電流Ｉｓを出力する。チョークコイル６３およびコンデンサ６５は、整流回路６１の出力を平滑する。コンデンサ６５の両端電圧は、電圧計ＶＳ２１により計測され、コントローラ８５により取得される。コンデンサ６５の両端電圧を以後ＨＶ電圧という。
【００２３】
第３のコイル５７と、第３のコイル５９との出力はダイオードＤ３１、Ｄ３２により整流され、電流Ｉｔとなる。トランジスタＱ３１は、ベース端子にドライバ８１からの駆動信号を入力されることによりオンオフを制御され、整流された電力を所定のデューティ比でチョークコイル７３側に伝達する。なお、トランジスタＱ３１は、スイッチング回路５のスイッチングのタイミングと同期するように制御される。ドライバ８１は、コントローラ８５からの信号に基づきトランジスタＱ３１への駆動信号を出力する。
【００２４】
チョークコイル７３およびコンデンサ７６は、トランジスタＱ３１からの電力を平滑する。コンデンサ７６の両端電圧は、電圧計ＶＳ３１により計測され、コントローラ８５により取得される。コンデンサ７６の両端電圧を以後ＬＶ電圧という。
【００２５】
コントローラ８５は、コンデンサ６５、コンデンサ７６の両端電圧を取得するとともに、取得した電圧を参照しながら、ドライバ７、ドライバ９、ドライバ８１に、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４、トランジスタＱ３１の駆動信号を生成するための信号を出力する。
【００２６】
続いて、電源回路１の充電時のソフトスタート動作を、図２、図３を参照しながら説明する。図２は、第１の実施の形態による電源回路１の動作を示すフローチャート、図３は、スイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の動作を説明する図であり、（ａ）は、デューティ比の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を示す。
【００２７】
図２に示すように、まず、コントローラ８５は、ドライバ８１に信号を出力し、ドライバ８１は、コントローラ８５からの信号に基づきトランジスタＱ３１を１００％のデューティ比で駆動する（Ｓ２０１）。図３において、横軸は時間ｔ、縦軸は、（ａ）ではデューティ比、（ｂ）では電圧を表す。図３（ａ）に示すように、ｔ＝０からｔ＝ｔ０においては、トランジスタＱ３１のデューティ比は１００％である。一方、１次側のスイッチング回路５は、コントローラ８５からの信号に基づきドライバ７およびドライバ９によりトランジスタＱ１１〜Ｑ１４のオンオフを制御される。スイッチング回路５は時刻ｔ＝０からスイッチングが開始され、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ０において、徐々にデューティ比が増加される。これにより、図３（ｂ）に示すように、ＨＶ電圧は徐々に上昇する。
【００２８】
図２に戻って、コントローラ８５は、ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに到達するまで監視する（Ｓ２０２：Ｎｏ）。図３（ｂ）に示すようにｔ＝ｔ０で、ＬＶ電圧が、目標値の電圧Ｖｌに到達すると、コントローラ８５は、ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに到達したことを取得する（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）。さらにコントローラ８５は、ドライバ８１に、トランジスタＱ３１を、ＬＶ電圧が電圧Ｖｌで一定になるようにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）制御させるための信号を出力する。図３（ａ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ０以降は、ほぼ一定のデューティ比ＤＲ３１での制御に移行する。このとき、スイッチング回路５は、デューティ比が徐々に増加するように制御されている（Ｓ２０３）。
【００２９】
コントローラ８５は、ＨＶ電圧が、目標値である電圧Ｖｈに到達するまで監視する（ＳＳ２０４：Ｎｏ）。コントローラ８５は、ＨＶ電圧が、電圧Ｖｈに到達したことを取得すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、ＨＶ電圧が電圧Ｖｈで一定になるようにＰＷＭ制御させるための信号をスイッチング回路５に出力する通常制御に移行する。図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ１においてＨＶ電圧が電圧Ｖｈに到達すると、ほぼ一定のデューティ比ＤＲ１の制御に移行する。以上により、ソフトスタート動作は終了する。
【００３０】
以上説明したように、第１の実施の形態による電源回路１においては、トランス５１の１次側のスイッチング回路５のスイッチングタイミングを徐々に上昇させるソフトスタートを行う。一方トランジスタＱ３１は、ＬＶ電圧が目標値に達するまで、１００％のデューティ比に設定される。ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに達すると、コントローラ８５は、ドライバ８１を介してトランジスタＱ３１を一定のＬＶ電圧を出力させるための通常のＰＷＭ制御とする。ＨＶ電圧が目標値に達すると、コントローラ８５は、ドライバ７、ドライバ９を介して、スイッチング回路５を、一定のＨＶ電圧を出力させるための通常のＰＷＭ制御とする。
【００３１】
以上のように、電源回路１によれば、ソフトスタート開始からＬＶ電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１を１００％のデューティ比に固定する。このため、スイッチング回路５が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをスイッチング回路５のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。よって、ソフトスタート時のスイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。また、ソフトスタートの開始から所定電圧に達するまで、１００％のデューティ比で駆動されるため、ソフトスタートによりスイッチング回路５やコンデンサ７６の損失を防止しながら、コンデンサ７６の両端電圧を早く立ち上げることが可能となる。よって、効率よく充電を行なうことができる。
【００３２】
（第１の実施の形態の変形例）
次に、図４および図５を参照しながら、第１の実施の形態の変形例による電源回路１について説明する。第１の実施の形態の変形例による電源回路１は、第１の実施の形態による電源回路１と同一の構成であるので、構成の説明は省略する。
【００３３】
図４は、第１の実施の形態の変形例による電源回路１の動作を示すフローチャート、図５は、スイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の動作を説明する図であり、（ａ）は、デューティ比の時間変化、（ｂ）は、電圧の時間変化を示す。
【００３４】
図４に示すように、１次側のスイッチング回路５は、コントローラ８５からの信号に基づきドライバ７およびドライバ９によりトランジスタＱ１１〜Ｑ１４のオンオフを制御されて駆動を開始する。このとき、トランジスタＱ３１はオフ状態である（Ｓ２１１）。
【００３５】
図５において、横軸は時間ｔ、縦軸は、（ａ）ではデューティ比、（ｂ）では電圧を表す。図５（ａ）に示すように、スイッチング回路５は、時刻ｔ＝０からスイッチングが開始され、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ１においては、スイッチング回路５のデューティ比が徐々に増加する。これにより、図５（ｂ）に示すように、ＨＶ電圧は徐々に上昇する。
【００３６】
図４に戻って、コントローラ８５は、ＨＶ電圧が目標値である電圧Ｖｈに到達するまで監視する（Ｓ２１２：Ｎｏ）。図５（ｂ）に示すようにｔ＝ｔ１で、ＨＶ電圧が、目標値の電圧Ｖｈに到達すると、コントローラ８５は、ＨＶ電圧が目標値である電圧Ｖｈに到達したことを取得する（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）。コントローラ８５は、ＨＶ電圧が、電圧Ｖｈに到達したことを取得すると、ＨＶ電圧が電圧Ｖｈで一定になるようにＰＷＭ制御させるための駆動信号をドライバ７、ドライバ９に出力する。これにより、ドライバ７、ドライバ９がスイッチング回路５をほぼ一定のデューティ比でＰＷＭ制御するための駆動信号を出力する通常制御に移行する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ１においてＨＶ電圧が電圧Ｖｈに到達すると、ほぼ一定のデューティ比ＤＲ１の制御に移行する。
【００３７】
コントローラ８５は、ドライバ８１に、トランジスタＱ３１を、デューティ比が徐々に増加するように制御する駆動信号を出力させる。これにより、図５（ｂ）に示すように、ＬＶ電圧は徐々に上昇する（Ｓ２１３）。
【００３８】
コントローラ８５は、ＬＶ電圧が、目標値である電圧Ｖｌに到達するまで監視する（ＳＳ２１４：Ｎｏ）。コントローラ８５は、ＬＶ電圧が、電圧Ｖｌに到達したことを取得すると（Ｓ２１４）、ドライバ８１に、ＬＶ電圧が電圧Ｖｌで一定になるようにＰＷＭ制御させるための信号を出力する。これにより、ドライバ８１がトランジスタＱ３１をほぼ一定のディーティ比でＰＷＭ制御する通常制御に移行する。図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ３においてＬＶ電圧が電圧Ｖｌに到達すると、ほぼ一定のデューティ比ＤＲ３１の制御に移行する。以上により、ソフトスタート動作は終了する。
【００３９】
以上説明したように、第１の実施の形態の変形例による電源回路１においては、まず、コントローラ８５は、ドライバ７、ドライバ９を介して、トランス５１の１次側のスイッチング回路５のスイッチングタイミングを徐々に上昇させるソフトスタートを行う。ＨＶ電圧が所定電圧になり、スイッチング回路５のスイッチングが通常制御になると、トランジスタＱ３１は、スイッチング制御を開始される。コントローラ８５は、ドライバ８１を介してＬＶ電圧が目標値に達するまで、トランジスタＱ３１のデューティ比を徐々に増加する。ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに達すると、コントローラ８５は、ドライバ８１を介してトランジスタＱ３１を一定のＬＶ電圧を出力させるための通常のＰＷＭ制御に移行する。
【００４０】
以上のように、電源回路１によれば、ソフトスタート開始からＨＶ電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１をオフしておく。このため、スイッチング回路５が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをスイッチング回路５のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。また、ＨＶ電圧が所定電圧に達した後に、トランジスタＱ３１をソフトスタートする。よって、低いデューティ比のパルス同士のタイミングを合わせる必要がなく、ソフトスタート時のスイッチング回路５やコンデンサ７６の損失を低減するためのスイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第２の実施の形態による電源回路２３０について説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態またはその変形例と同様の構成および動作については詳細説明を省略する。
【００４２】
図６は、第２の実施の形態による電源回路２３０の構成を示す図である。電源回路２３０は、電源回路１とほぼ同様の構成であるので異なる部分のみを説明する。電源回路２３０は、電源回路１に加え、リレー９１、１０５、１１１およびスイッチ９７を備えている。また、例えば端子６７Ａ、６７Ｂ間には、不図示の第１の負荷が接続され、端子７９Ａ、７９Ｂ間には不図示の第２の負荷が接続される。例えば、電源回路２３０が車載電源であれば、端子６７Ａ、６７Ｂ間には車両高圧バッテリが接続され、端子７９Ａ、７９Ｂ間には、車両低圧バッテリが接続される。
【００４３】
このように構成される電源回路２３０は、端子６７Ａ、６７Ｂ間に接続される第１の負荷に応じて電力供給源が変更可能である。すなわち、電源回路２３０は、第１の負荷が電力を消費しているときには、端子４Ａ、４Ｂ間に接続される電源から電力が供給され、第１の負荷から電力が発生しているときには、第１の負荷から電力が供給される。
【００４４】
電源回路２３０は、電源回路１のコンデンサ３の両端にそれぞれリレー９１、およびスイッチ９７を備えている。また、電源回路２３０は、チョークコイル６３とコンデンサ６５との間にリレー１０５を備え、ダイオードＤ２２、Ｄ２４のアノードと端子６７Ｂとの間にリレー１１１を備えている。リレー９１、１０５、１１１およびスイッチ９７は、不図示の制御線を介してコントローラ８５により接続を制御される。
【００４５】
リレー９１は、コンデンサ３の一端を端子９３または端子９５に選択的に接続する。スイッチ９７は、コンデンサ３の他端と端子９９との接続をオンオフする。端子９５および端子９９は、不図示の電源に接続される。端子９３は、リレー１０５の端子１０７に接続される。リレー１０５は、端子６７Ａを端子１０７または端子１０９に選択的に接続する。リレー１１１は、端子６７Ｂを端子１１３または端子１１５に選択的に接続する。
【００４６】
リレー１０５により端子６７Ａが端子１０９に接続され、リレー１１１により端子６７Ｂが端子１１３に接続されているときには、リレー９１により、コンデンサ３の一端は端子９５に接続され、スイッチ９７によりコンデンサ３の他端は端子９９に接続される。このとき電源回路２３０は、上述の電源回路１と同一の回路となる。このとき、電源回路２３０は、端子４Ａ、４Ｂ間に接続される不図示の電源から電力を供給される。
【００４７】
一方、端子６７Ａ、６７Ｂ間に電力を発生する負荷が接続されている場合、リレー１０５により端子６７Ａが端子１０７に接続され、リレー１１１により端子６７Ｂが端子１１５に接続される。このとき、リレー９１により、コンデンサ３の一端は端子９３に接続され、スイッチ９７はオフされる。電源回路２３０は、端子６７Ａ、６７Ｂ間に接続された負荷から電力を供給され、第１の実施の形態と同様にトランス５１の１次側から第３のコイル５７、５９に電力が誘起される。
【００４８】
電源回路２３０においては、電源回路１と同様にソフトスタート動作を行なう。すなわち、第１の実施の形態による図２の動作、および第１の実施の形態の変形例による図４の動作と同様の動作を行なう。このとき、図２のＳ２０４、および図４のＳ２１２においてＨＶ電圧が目標値に達したか否かを監視する処理に代えて、例えば、第１のコイル５３の両端電圧（例えば、実効値）を計測する電圧計を設けて監視するようにしてもよい。
【００４９】
以上のように、電源回路２３０において、例えばソフトスタート開始からＬＶ電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１を１００％のデューティ比に固定する。このような動作によれば、スイッチング回路５が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをスイッチング回路５のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。よって、ソフトスタート時のスイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。また、ソフトスタートの開始から所定電圧に達するまで、１００％のデューティ比で駆動されるため、ソフトスタートによりスイッチング回路５やコンデンサ７６の損失を防止しながら、コンデンサ７６の両端電圧を早く立ち上げることが可能となる。よって、効率よく充電を行なうことができる。
【００５０】
また、電源回路２３０において、例えばソフトスタート開始から１次側の電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１をオフしておく。このような動作によれば、スイッチング回路５が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをスイッチング回路５のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。また、１次側の電圧が所定電圧に達した後に、トランジスタＱ３１をソフトスタートする。よって、低いデューティ比のパルス同士のタイミングを合わせる必要がなく、ソフトスタート時のスイッチング回路５やコンデンサ７６の損失を低減するためのスイッチング回路５およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。また、電源回路２３０によれば、双方向の電力変換が可能である。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、図７および図８を参照しながら、本発明の第３の実施の形態による電源回路２５０について説明する。第３の実施の形態において、第１の実施の形態、第１の実施の形態の変形例、および第２の実施の形態と同様の構成および動作については詳細説明を省略する。
【００５２】
図７は、第３の実施の形態による電源回路２５０の構成を示す図である。電源回路２５０は、電源回路１とほぼ同様の構成であるので異なる部分のみを説明する。電源回路２５０は、電源回路１の整流回路６１に代えて、ブリッジ回路９０を有している。
【００５３】
電源回路２５０は、端子６７Ａ、６７Ｂ間に接続される負荷に応じて電力供給源が変更可能である。すなわち、電源回路２５０は、端子６７Ａ、６７Ｂ間に接続される負荷が電力を消費しているときには、端子４Ａ、４Ｂ間に接続される電源からの電力がトランス５１の１次側から２次側へ供給される力行状態となる。また、端子６７Ａ、６７Ｂ間に接続される負荷から電力が発生しているときには、負荷からの電力がトランス５１の２次側から１次側へ供給される、回生状態となる。
【００５４】
ブリッジ回路９０は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４を備えたブリッジ回路である。ブリッジ回路９０の一方のブリッジ辺の中点と、他方のブリッジ辺の中点とが第２のコイル５５に接続される。トランジスタＱ２１〜Ｑ２４は、例えば、ＩＧＢＴを使用することができる。
【００５５】
ブリッジ回路９０は、力行状態においては、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４にそれぞれ並列接続されるダイオードにより、電源回路１の整流回路６１と同様に、第２のコイル５５の出力を整流する。回生時には、トランジスタＱ２２、Ｑ２３は、ドライバ８７と接続されることによりオンオフを制御され、トランジスタＱ２１、Ｑ２４は、ドライバ８９と接続されることによりオンオフを制御される。このとき、ドライバ８７とドライバ８９とは互いに交互に、それぞれに接続されているトランジスタＱ２１〜Ｑ２４をオンオフさせる。これにより、ブリッジ回路９０は、トランス５１の第２のコイル５５に交流を出力する。なお、ドライバ８７、ドライバ８９は、コントローラ８５に接続され、コントローラ８５からの信号に基づきトランジスタＱ２１〜Ｑ２４の駆動信号を生成する。
【００５６】
また、第２のコイル５５の両端電圧を電圧計ＶＳ２２で計測しており、コントローラ８５は、計測した電圧値を取得する。なお電圧計ＶＳ２２で計測する電圧（電圧の実効値）を、ＨＶ２電圧ということにする。
【００５７】
このように電源回路２５０は、力行時には、電源回路１と実質的に同一の動作となる。よって、ソフトスタート時の動作も、第１の実施の形態およびその変形例と同一となる。回生時には、ブリッジ回路９０において、上記のように、ドライバ８７とドライバ８９とが互いに交互に、それぞれに接続されているトランジスタＱ２１〜Ｑ２４をオンオフさせる。これにより、ブリッジ回路９０は、トランス５１の第２のコイル５５に交流を出力する。
【００５８】
第３のコイル５７、５９には、第２のコイル５５との巻数比に応じた電流が誘起される。第３のコイル５７と、第３のコイル５９との出力はダイオードＤ３１、Ｄ３２により整流される。トランジスタＱ３１は、ベース端子にドライバ８１からの駆動信号を入力されることによりオンオフを制御され、整流された電力を所定のデューティ比でチョークコイル７３側に伝達する。なお、トランジスタＱ３１は、スイッチング回路５のスイッチングのタイミングと同期するように制御される。ドライバ８１は、コントローラ８５からの信号に基づきトランジスタＱ３１への駆動信号を出力する。チョークコイル７３およびコンデンサ７６は、トランジスタＱ３１からの電力を平滑する。
【００５９】
以下、回生時のソフトスタートの動作の一例を、図８を参照しながら説明する。図８は、ソフトスタートの動作を説明するフローチャートである。図８に示すように、まず、コントローラ８５は、ドライバ８１に信号を出力し、ドライバ８１は、トランジスタＱ３１を１００％のデューティ比で駆動する（Ｓ３０１）。
【００６０】
一方、ブリッジ回路９０は、コントローラ８５からの信号に基づきドライバ８７およびドライバ８９によりトランジスタＱ２１〜Ｑ２４のオンオフを制御される。ブリッジ回路９０は図３に示したスイッチング回路５のスイッチングタイミングと同様、時刻ｔ＝０からスイッチングが開始され、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ０において、徐々にデューティ比が増加される。これにより、図３（ｂ）に示した変化と同様、ＨＶ２電圧は徐々に上昇する。
【００６１】
図８に戻って、コントローラ８５は、ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに到達するまで監視する（Ｓ３０２：Ｎｏ）。図３（ｂ）に示すようにｔ＝ｔ０で、ＬＶ電圧が、目標値の電圧Ｖｌに到達すると、コントローラ８５は、ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに到達したことを取得する（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）。さらにコントローラ８５は、ドライバ８１に、トランジスタＱ３１を、ＬＶ電圧が電圧Ｖｌで一定になるようにＰＷＭ制御させるための信号を出力する。図３（ａ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ１以降は、トランジスタＱ３１は、ほぼ一定のデューティ比ＤＲ３１での駆動に移行する。このとき、スイッチング回路５は、デューティ比が徐々に増加するように制御されている（Ｓ３０３）。
【００６２】
コントローラ８５は、ＨＶ２電圧が、目標値である電圧に到達するまで監視する（Ｓ３０４：Ｎｏ）。コントローラ８５は、ＨＶ２電圧が、目標値に到達したことを取得すると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、ＨＶ２電圧が目標値になるようにＰＷＭ制御させるための信号をスイッチング回路５に出力する通常制御に移行する。以上により、ソフトスタート動作は終了する。
【００６３】
以上のように、電源回路２５０によれば、ソフトスタート開始からＬＶ電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１を１００％デューティ比に固定しておく。このため、ブリッジ回路９０が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをブリッジ回路９０のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。また、ＬＶ電圧が所定電圧に達した後に、トランジスタＱ３１をソフトスタートする。よって、低いデューティ比のパルス同士のタイミングを合わせる必要がなく、ソフトスタート時のブリッジ回路９０やコンデンサ７６の損失を低減するためのブリッジ回路９０およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。
【００６４】
また、ソフトスタートの開始から所定電圧に達するまで、１００％のデューティ比で駆動されるため、ソフトスタートによりブリッジ回路９０やコンデンサ７６の損失を防止しながら、コンデンサ７６の両端電圧を早く立ち上げることが可能となる。よって、効率よく充電を行なうことができる。さらに、電源回路２５０によれば、双方向の電力変換が可能である。
【００６５】
（第３の実施の形態の変形例）
次に、図９を参照しながら、第３の実施の形態の変形例による電源回路２５０について説明する。図９は、第３の実施の形態の変形例によるソフトスタート動作を示すフローチャートである。第３の実施の形態の変形例による電源回路２５０は、第３の実施の形態による電源回路２５０と同一の構成であるので、構成の説明は省略する。本変形例は、回生時のソフトスタート動作の別の例であるので、ソフトスタートについてのみ説明する。
【００６６】
図９は、第３の実施の形態の変形例による電源回路２５０の動作を示すフローチャートである。図９に示すように、ブリッジ回路９０は、コントローラ８５からの信号に基づきドライバ８７およびドライバ８９によりトランジスタＱ２１〜Ｑ２４のオンオフを制御されて駆動を開始する。このとき、トランジスタＱ３１はオフ状態である（Ｓ３１１）。
【００６７】
図５に示したように、本変形例においても、ブリッジ回路９０においては、時刻ｔ＝０からスイッチングが開始され、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ１においては、デューティ比が徐々に増加する。これにより、ＨＶ２電圧は徐々に上昇する。
【００６８】
図９に戻って、コントローラ８５は、ＨＶ２電圧が目標値に到達するまで監視する（Ｓ３１２：Ｎｏ）。ＨＶ２電圧が、目標値に到達すると、コントローラ８５は、ＨＶ２電圧が目標値に到達したことを取得する（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）。コントローラ８５は、ＨＶ電圧が、目標値に到達したことを取得すると、ＨＶ２電圧が目標値で一定になるようにＰＷＭ制御させるための駆動信号をドライバ８７、ドライバ８９がブリッジ回路９０に出力する通常制御に移行する。すなわち、ＨＶ２電圧が目標値に到達すると、ほぼ一定のデューティ比の制御に移行する。
【００６９】
コントローラ８５は、ドライバ８１に、トランジスタＱ３１を、デューティ比が徐々に増加するように制御する駆動信号を出力させる。これにより、ＬＶ電圧は徐々に上昇する（Ｓ３１３）。
【００７０】
コントローラ８５は、ＬＶ電圧が、目標値である電圧Ｖｌに到達するまで監視する（ＳＳ３１４：Ｎｏ）。コントローラ８５は、ＬＶ電圧が、電圧Ｖｌに到達したことを取得すると（Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、ＬＶ電圧が電圧Ｖｌで一定になるようにＰＷＭ制御させるための信号をトランジスタＱ３１に出力する通常制御に移行する。ＬＶ電圧が電圧Ｖｌに到達すると、ほぼ一定のデューティ比の制御に移行する。以上により、ソフトスタート動作は終了する。
【００７１】
以上説明したように、第３の実施の形態の変形例による電源回路２５０においては、まず、コントローラ８５は、ドライバ８７、ドライバ８９を介して、ブリッジ回路９０のスイッチングタイミングを徐々に上昇させるソフトスタートを行う。ＨＶ電圧が所定電圧になり、ブリッジ回路９０のスイッチングが通常制御になると、トランジスタＱ３１は、スイッチング制御を開始される。コントローラ８５は、ドライバ８１を介してＬＶ電圧が目標値に達するまで、トランジスタＱ３１のデューティ比を徐々に増加する。ＬＶ電圧が目標値である電圧Ｖｌに達すると、コントローラ８５は、ドライバ８１を介してトランジスタＱ３１を一定のＬＶ電圧を出力させるための通常のＰＷＭ制御に移行する。
【００７２】
以上のように、電源回路２５０によれば、ソフトスタート開始からＨＶ２電圧が所定電圧に達するまでは、トランジスタＱ３１をオフしておく。このため、ブリッジ回路９０が低いデューティ比のパルスで駆動されている際に、トランジスタＱ３１を駆動するパルスのタイミングをブリッジ回路９０のスイッチングタイミングに合わせる必要がない。また、ＨＶ２電圧が所定電圧に達した後に、トランジスタＱ３１をソフトスタートする。よって、低いデューティ比のパルス同士のタイミングを合わせる必要がなく、ソフトスタート時のブリッジ回路９０やコンデンサ７６の損失を低減するためのブリッジ回路９０およびトランジスタＱ３１の制御が容易となる。
【００７３】
なお、上記各実施の形態において、チョークコイル６３およびコンデンサ６５は平滑回路の一例であり、ダイオードＤ３１、Ｄ３２は、第１の整流素子の一例である。トランジスタＱ１１〜Ｑ１４は、第１から第４のスイッチング素子の一例であり、トランジスタＱ３１は第２のスイッチング素子の一例であり、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４は、第コンデンサ３から第６のスイッチング素子の一例である。ダイオードＤ３３は、第２の整流素子の一例であり、チョークコイル７３は、誘導素子の一例であり、コンデンサ７６は、誘導素子の一例であり、リレー９１、１０５、１１１およびスイッチ９７は、切換回路の一例である。
【００７４】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を採ることができる。例えば、第１から第３の実施の形態において、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ０まで、トランジスタＱ３１のデューティ比は１００％としたが、これに限定されない。トランジスタＱ３１が通常のＰＷＭ制御に移行した後のデューティ比ＤＲ３１より大きい値、あるいは、スイッチング回路５，またはブリッジ回路９０のデューティ比よりも大きい値であればよい。この場合、同期タイミングが発生するものの、そのタイミングの数は少ないので制御が容易になる。
【００７５】
電源回路１、電源回路２３０、電源回路２５０の回路構成は上記に限定されず、同様の作用効果を奏するものであれば、本発明の範囲であると理解される。例えば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４，トランジスタＱ３１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた構成でもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１      電源回路
３      コンデンサ
５      スイッチング回路
７      ドライバ
９      ドライバ
５１    トランス
５３    第１のコイル
５５    第２のコイル
５７    第３のコイル
５９    第のコイル
６１    整流回路
６３    チョークコイル
６５    コンデンサ
８１    ドライバ
７３    チョークコイル
７６    コンデンサ
８５    コントローラ
２３０  電源回路
２５０  電源回路
９０    ブリッジ回路
Ｄ１１〜Ｄ１４  ダイオード
Ｑ１１〜１４、Ｑ３１  トランジスタ
【図１】
2013251965.tif 000003
【図２】
2013251965.tif 000004
【図３】
2013251965.tif 000005
【図４】
2013251965.tif 000006
【図５】
2013251965.tif 000007
【図６】
2013251965.tif 000008
【図７】
2013251965.tif 000009
【図８】
2013251965.tif 000010
【図９】
2013251965.tif 000011