(57)【要約】【課題】トランスの一次巻線が入力側、二次巻線に整流回路を介して第１の負荷が、三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して第２の負荷が接続された電源装置における電圧調整用スイッチング回路のスイッチング素子についてスイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減を図ることができる電源装置を提供する。【解決手段】電圧調整用スイッチング回路４０はダイオードＤ３１，Ｄ３２、スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２を有する。コントローラ５０は、一次巻線Ｔ１１への正の半波の通電を遮断させるべくスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオフさせた後に三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を遮断させるべくスイッチング素子Ｑ３１をオフさせるとともに一次巻線Ｔ１１への負の半波の通電を遮断させるべくスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３をオフさせた後に三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を遮断させるべくスイッチング素子Ｑ３２をオフさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線、二次巻線および三次巻線を有するトランスと、
前記トランスの一次巻線に接続され、前記一次巻線への正の半波の通電を行うための第１の一次巻線側スイッチング素子と、
前記トランスの一次巻線に接続され、前記一次巻線への負の半波の通電を行うための第２の一次巻線側スイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線に整流回路を介して接続された第１の負荷と、
前記トランスの三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して接続された第２の負荷と、
前記第１の一次巻線側スイッチング素子、第２の一次巻線側スイッチング素子を制御して前記トランスの一次巻線を通電して前記トランスの二次巻線から前記整流回路を介して前記第１の負荷側に給電するとともに前記トランスの三次巻線から前記電圧調整用スイッチング回路を介して前記第２の負荷側に給電する制御手段と、
を備え、
前記電圧調整用スイッチング回路は、前記トランスの三次巻線の正の端子にダイオードを介して接続された第１の三次巻線側スイッチング素子と前記トランスの三次巻線の負の端子にダイオードを介して接続された第２の三次巻線側スイッチング素子を有し、
前記制御手段は、前記一次巻線への正の半波の通電を遮断させるべく前記第１の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を遮断させるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオフさせるとともに、前記一次巻線への負の半波の通電を遮断させるべく前記第２の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を遮断させるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオフさせることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記一次巻線への正の半波の通電を行わせるべく前記第１の一次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を行わせるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオンさせるとともに、前記一次巻線への負の半波の通電を行わせるべく前記第２の一次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を行わせるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオンさせることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記三次巻線での正の半波の通電を行わせるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を遮断すべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオフさせるとともに、前記三次巻線での負の半波の通電を行わせるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を遮断すべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオフさせることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記トランスの三次巻線はセンタータップを有し、前記センタータップは接地されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記トランスの三次巻線の正の端子はダイオードを介して接地されるとともに前記トランスの三次巻線の負の端子はダイオードを介して接地されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラグインハイブリッド車や電気自動車において高圧バッテリが搭載されており、外部の商用電源から高圧バッテリに充電するための車載充電器が用いられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
詳しくは、特許文献１に開示の技術は、主バッテリと、主バッテリより低圧の補助バッテリとを系統電源で充電可能となっている。主バッテリ側と系統電源側とを電気的絶縁状態で接続するトランスと、主バッテリとトランスの一次巻線との間に接続されるとともに４つのスイッチング素子からなる第１のブリッジ回路と、トランスの二次巻線に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる少なくとも１つの第２のブリッジ回路を備えている。また、第２のブリッジ回路に接続された系統電源用接続部と、主バッテリ側及び系統電源用接続部側にＤＣ／ＤＣ変換器を介して接続可能に設けられた補助バッテリとを備えている。そして、第１のブリッジ回路の各スイッチング素子、第２のブリッジ回路の各スイッチング素子及びＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御するとともに、主バッテリの電力を系統電源用接続部から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力するように制御する。
【０００４】
この構成により、系統電源で主バッテリ及び補助バッテリを充電可能で、しかも、専用のＤＣ／ＡＣインバータを設けずに、少なくとも主バッテリを電源として家電製品用の電力を出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１２３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、トランスによって入力と出力が電気的に絶縁された絶縁形スイッチング電源装置（コンバータ）において、スイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、トランスの一次巻線が入力側、二次巻線に整流回路を介して第１の負荷が、三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して第２の負荷が接続された電源装置における電圧調整用スイッチング回路のスイッチング素子についてスイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減を図ることができる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明では、一次巻線、二次巻線および三次巻線を有するトランスと、前記トランスの一次巻線に接続され、前記一次巻線への正の半波の通電を行うための第１の一次巻線側スイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に接続され、前記一次巻線への負の半波の通電を行うための第２の一次巻線側スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に整流回路を介して接続された第１の負荷と、前記トランスの三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して接続された第２の負荷と、前記第１の一次巻線側スイッチング素子、第２の一次巻線側スイッチング素子を制御して前記トランスの一次巻線を通電して前記トランスの二次巻線から前記整流回路を介して前記第１の負荷側に給電するとともに前記トランスの三次巻線から前記電圧調整用スイッチング回路を介して前記第２の負荷側に給電する制御手段と、を備え、前記電圧調整用スイッチング回路は、前記トランスの三次巻線の正の端子にダイオードを介して接続された第１の三次巻線側スイッチング素子と前記トランスの三次巻線の負の端子にダイオードを介して接続された第２の三次巻線側スイッチング素子を有し、前記制御手段は、前記一次巻線への正の半波の通電を遮断させるべく前記第１の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を遮断させるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオフさせるとともに、前記一次巻線への負の半波の通電を遮断させるべく前記第２の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を遮断させるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオフさせることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電源装置において、前記制御手段は、前記一次巻線への正の半波の通電を行わせるべく前記第１の一次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を行わせるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオンさせるとともに、前記一次巻線への負の半波の通電を行わせるべく前記第２の一次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を行わせるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオンさせることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電源装置において、前記制御手段は、前記三次巻線での正の半波の通電を行わせるべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での負の半波の通電を遮断すべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオフさせるとともに、前記三次巻線での負の半波の通電を行わせるべく前記第２の三次巻線側スイッチング素子をオンさせた後に前記三次巻線での正の半波の通電を遮断すべく前記第１の三次巻線側スイッチング素子をオフさせることを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置において、前記トランスの三次巻線はセンタータップを有し、前記センタータップは接地されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置において、前記トランスの三次巻線の正の端子はダイオードを介して接地されるとともに前記トランスの三次巻線の負の端子はダイオードを介して接地されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項１，２，３，４，５に記載の発明によれば、電圧調整用スイッチング回路は、トランスの三次巻線の正の端子にダイオードを介して接続された第１の三次巻線側スイッチング素子とトランスの三次巻線の負の端子にダイオードを介して接続された第２の三次巻線側スイッチング素子を有している。そして、制御手段は、一次巻線への正の半波の通電を遮断させるべく第１の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に三次巻線での正の半波の通電を遮断させるべく第１の三次巻線側スイッチング素子をオフさせるとともに、一次巻線への負の半波の通電を遮断させるべく第２の一次巻線側スイッチング素子をオフさせた後に三次巻線での負の半波の通電を遮断させるべく第２の三次巻線側スイッチング素子をオフさせる。
【００１４】
これにより、トランスの三次巻線に接続した電圧調整用スイッチング回路における第１の三次巻線側スイッチング素子および第２の三次巻線側スイッチング素子のオフ時にゼロ電流スイッチングさせることにより、スイッチング損失を低減させることができるとともにサージ電圧を低減することができる。
【００１５】
その結果、トランスの一次巻線が入力側、二次巻線に整流回路を介して第１の負荷が、三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して第２の負荷が接続された電源装置における電圧調整用スイッチング回路のスイッチング素子についてスイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トランスの一次巻線が入力側、二次巻線に整流回路を介して第１の負荷が、三次巻線に電圧調整用スイッチング回路を介して第２の負荷が接続された電源装置における電圧調整用スイッチング回路のスイッチング素子についてスイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態における電源装置の回路図。
【図２】電源装置の作用を説明するためのタイムチャート。
【図３】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図４】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図５】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図６】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図７】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図８】電源装置の作用を説明するための回路図。
【図９】別例の電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態における電源装置１０は、プラグインハイブリッド車や電気自動車に搭載される車載用の電源装置である。
【００１９】
電源装置１０は、トランスＴ１を備えている。トランスＴ１は、一次巻線Ｔ１１、二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３を有している。三次巻線Ｔ１３はセンタータップを有し、センタータップは接地されている。トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１の巻数はｎ１、二次巻線Ｔ１２の巻数はｎ２、三次巻線Ｔ１３における正の端子側の巻数および負の端子側の巻数はｎ３となっている。
【００２０】
トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１にはＨブリッジ回路１１が接続されている。また、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２には整流回路１２が接続されている。さらに、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３には電圧調整用スイッチング回路４０が接続されている。
【００２１】
Ｈブリッジ回路１１は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４を備えている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４はＭＯＳＦＥＴにて構成され、ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のソース端子とスイッチング素子Ｑ１３のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子Ｑ１２のソース端子とスイッチング素子Ｑ１４のドレイン端子が接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のドレイン端子とスイッチング素子Ｑ１２のドレイン端子が接続されるとともにスイッチング素子Ｑ１３のソース端子とスイッチング素子Ｑ１４のソース端子が接続されている。
【００２２】
スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のドレイン端子とスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４のソース端子とはコンデンサＣ１１に接続されている。入力電源がコンデンサＣ１１を介してＨブリッジ回路１１に接続される。
【００２３】
スイッチング素子Ｑ１１とスイッチング素子Ｑ１３の中間点はトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１の一方の端子に接続されるとともにスイッチング素子Ｑ１２とスイッチング素子Ｑ１４の中間点はトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１の他方の端子に接続されている。
【００２４】
このように、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、Ｈブリッジ回路１１を介して商用電源が接続されるようになっている。
整流回路１２は、４つのダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４によるブリッジ整流回路である。ダイオードＤ２１，Ｄ２２が直列に接続されている。ダイオードＤ２１のアノードとダイオードＤ２２のカソードが接続されている。また、ダイオードＤ２３，Ｄ２４が直列に接続されている。ダイオードＤ２３のアノードとダイオードＤ２４のカソードが接続されている。ダイオードＤ２１，Ｄ２３のカソードは接続されるとともにダイオードＤ２２，Ｄ２４のアノードは接続されている。
【００２５】
ダイオードＤ２１とダイオードＤ２２の中間点はトランスＴ１の二次巻線Ｔ１２の一方の端子に接続されるとともにダイオードＤ２３とダイオードＤ２４の中間点はトランスＴ１の二次巻線Ｔ１２の他方の端子に接続されている。
【００２６】
ダイオードＤ２１，Ｄ２３のカソードはコイルＬ２１を介してコンデンサＣ２１の一方の電極に接続され、ダイオードＤ２２，Ｄ２４のアノードはコンデンサＣ２１の他方の電極に接続されている。コンデンサＣ２１には第１の負荷としての充電負荷Ｒ２１が接続されている。充電負荷Ｒ２１は高圧バッテリである。このようにトランスＴ１の二次巻線Ｔ１２に整流回路１２を介して充電負荷Ｒ２１が接続されている。充電負荷Ｒ２１（高圧バッテリ）にはインバータを介して走行モータが接続される。
【００２７】
電圧調整動作が可能な電圧調整用スイッチング回路４０は、ダイオードＤ３１，Ｄ３２とスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２と還流ダイオードＤ３３とコイルＬ３１とコンデンサＣ３１が備えられている。スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２はＭＯＳＦＥＴにて構成され、ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが並列接続されている。
【００２８】
トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３の正の端子にダイオードＤ３１のアノードが接続され、ダイオードＤ３１のカソードにスイッチング素子Ｑ３１のドレイン端子が接続されている。また、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３の負の端子にダイオードＤ３２のアノードが接続され、ダイオードＤ３２のカソードにスイッチング素子Ｑ３２のドレイン端子が接続されている。スイッチング素子Ｑ３１のソース端子およびスイッチング素子Ｑ３２のソース端子はコイルＬ３１の一端と接続されている。このようにしてセンタータップ式の全波整流回路が構成されている。
【００２９】
コイルＬ３１の他端はコンデンサＣ３１の正極に接続されている。還流ダイオードＤ３３のカソードはコイルＬ３１の一端に接続されるとともに還流ダイオードＤ３３のアノードはコンデンサＣ３１の負極に接続されている。コンデンサＣ３１は、コイルＬ３２とコンデンサＣ３２にて構成されるフィルタを介して第２の負荷としての補機負荷Ｒ３３に接続されている。補機負荷Ｒ３３は補機バッテリであり、補機バッテリには補機（パワーマネジメントＥＣＵや、その他の補機）が接続される。
【００３０】
このように、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３に電圧調整用スイッチング回路４０を介して補機負荷Ｒ３３が接続されている。また、トランスＴ１は、一次巻線Ｔ１１側に商用電源が接続され、高圧バッテリが接続される二次巻線Ｔ１２と、補機バッテリが接続される三次巻線Ｔ１３とを有する。
【００３１】
コントローラ５０は還流ダイオードＤ３３の両端間に加わる電圧（フローティング電圧）ＶＦを取り込んでスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のソース電位を検知して、この電位からスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のゲート・ソース間に加える電圧を調整する。コントローラ５０は、Ｈブリッジ回路１１のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４、電圧調整用スイッチング回路４０のスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２を制御する。詳しくは、コントローラ５０の端子Ｈ１がゲート抵抗Ｒ１１を介してスイッチング素子Ｑ１１のゲート端子と接続されているとともにゲート抵抗Ｒ１４を介してスイッチング素子Ｑ１４のゲート端子と接続されている。また、コントローラ５０の端子Ｈ２がゲート抵抗Ｒ１２を介してスイッチング素子Ｑ１２のゲート端子と接続されているとともにゲート抵抗Ｒ１３を介してスイッチング素子Ｑ１３のゲート端子と接続されている。さらに、コントローラ５０の端子Ｌ１がゲート抵抗Ｒ３１を介してスイッチング素子Ｑ３１のゲート端子と接続されている。また、コントローラ５０の端子Ｌ２がゲート抵抗Ｒ３２を介してスイッチング素子Ｑ３２のゲート端子と接続されている。そして、コントローラ５０は、各端子Ｈ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２にパルス状の電圧を送出することにより各端子に対応するスイッチング素子のゲート電圧を調整してスイッチング素子をオン・オフすることができるようになっている。
【００３２】
次に、電源装置１０の作用を説明する。
図２には、コントローラ５０によるスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ３１，Ｑ３２の動作説明のためのタイムチャートを示す。
【００３３】
タイムチャートにおいて、上から、端子Ｈ１のレベル（スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオン・オフ状態）、端子Ｈ２のレベル（スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３のオン・オフ状態）、端子Ｌ１のレベル（スイッチング素子Ｑ３１のオン・オフ状態）、端子Ｌ２のレベル（スイッチング素子Ｑ３２のオン・オフ状態）を示す。さらにその下に、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳおよびドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳ、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳおよびドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳ、還流ダイオードＤ３３に流れる電流を示す。
【００３４】
図２において、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオン・オフ動作は、ｔ１のタイミングで立ち上がり、ｔ４のタイミングで立ち下がり、ｔ９のタイミングで再び立ち上がり、ｔ１〜ｔ９の期間が１周期となる。スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３のオン・オフ動作は、ｔ５のタイミングで立ち上がり、ｔ８のタイミングで立ち下がる。また、スイッチング素子Ｑ３１のオン・オフ動作は、ｔ２のタイミングで立ち上がり、ｔ７のタイミングで立ち下がる。さらに、スイッチング素子Ｑ３２のオン・オフ動作は、ｔ３のタイミングで立ち下がり、ｔ６のタイミングで立ち上がり、ｔ１０のタイミングで立ち下がる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４およびスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３はＰＭＷ制御され、固定周波数で制御される。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４におけるオン・オフ制御の際のデューティ比は、１周期に対するオン期間ＴｏｎＨ１の比であり、このデューティ比は充電負荷Ｒ２１への電力量で決められる。同様に、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３におけるオン・オフ制御の際のデューティ比は、１周期に対するオン期間ＴｏｎＨ２の比であり、このデューティ比は充電負荷Ｒ２１への電力量で決められる。
【００３５】
このようにトランスの二次巻線Ｔ１２での高圧出力はフィードバック制御され、トランスの三次巻線Ｔ１３での補機出力は所望の電圧（１３〜１４ボルト程度）よりも高い成りゆきの電圧（２１〜２６ボルト程度）となり、トランスの三次巻線Ｔ１３での補機出力は電圧調整用スイッチング回路４０において電圧を調整する。つまり、トランスの三次巻線Ｔ１３での補機出力は二次巻線Ｔ１２での高圧出力に依存した不確定な電圧となるので、電圧調整用スイッチング回路４０で調整する。
【００３６】
電圧調整用スイッチング回路４０の動作について、図２のｔ１のタイミングでスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオンするが、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオンした後にスイッチング素子Ｑ３１をオンさせる。このとき、スイッチング素子Ｑ３１のオンの遅れ時間ｔｄＱ３１、即ち、スイッチング素子Ｑ３１におけるオフ期間（非通電期間）は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４のオン期間（導通期間）ＴｏｎＨ１から、スイッチング素子Ｑ３１における必要な通電期間ＴｏｎＱ３１を差し引いた期間としている。スイッチング素子Ｑ３１の通電期間ＴｏｎＱ３１は、補機側の出力電圧をフィードバックして決められたものである。さらに、スイッチング素子Ｑ３１はｔ４のタイミング後も継続してオンしており、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がｔ５のタイミングでオンした後のｔ７のタイミングでオフする。
【００３７】
同様に、図２のｔ５のタイミングでスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオンするが、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３をオンした後にスイッチング素子Ｑ３２をオンさせる。このとき、スイッチング素子Ｑ３２のオンの遅れ時間ｔｄＱ３２は、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３のオン期間（導通期間）ＴｏｎＨ２から、スイッチング素子Ｑ３２における必要な通電期間ＴｏｎＱ３２を差し引いた期間としている。さらに、スイッチング素子Ｑ３２はｔ８のタイミング後も継続してオンしており、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がｔ９のタイミングでオンした後のｔ１０のタイミングでオフする。
【００３８】
図２のｔ１〜ｔ２の期間Ｔ１の通電状態を図３に示す。図２のｔ２〜ｔ３の期間Ｔ２およびｔ３〜ｔ４の期間Ｔ３の通電状態を図４に示す。図２のｔ４〜ｔ５の期間Ｔ４の通電状態を図５に示す。図２のｔ５〜ｔ６の期間Ｔ５の通電状態を図６に示す。図２のｔ６〜ｔ７の期間Ｔ６およびｔ７〜ｔ８の期間Ｔ７の通電状態を図７に示す。図２のｔ８〜ｔ９の期間Ｔ８の通電状態を図８に示す。
【００３９】
図３に示すように、第１の一次巻線側スイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４は、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に接続され、一次巻線Ｔ１１への正の半波の通電を行うためのものである。また、図６に示すように、第２の一次巻線側スイッチング素子としてのスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３は、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に接続され、一次巻線Ｔ１１への負の半波の通電を行うためのものである。
【００４０】
図２の期間Ｔ１においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオン、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオフ、スイッチング素子Ｑ３１がオフ、スイッチング素子Ｑ３２がオンする。この期間Ｔ１においては、図３に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１１→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１４の経路で電流ＩＰが流れる。
【００４１】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２４→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２１→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。なお、電圧調整用スイッチング回路４０においては図８においてコンデンサＣ３１→還流ダイオードＤ３３→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが継続して流れている。
【００４２】
図３に示した図２の期間Ｔ１においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが、トランスＴ１の三次巻線に誘起された電圧Ｖｔとスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のソースの電圧ＶＦとの差（Ｖｔ−ＶＦ）となる。トランスＴ１の三次巻線に誘起された電圧Ｖｔは、入力電源電圧ＶＶＨと巻数比ＮＴ（＝ｎ３／ｎ１；ｎ１は一次巻線の巻数、ｎ３は三次巻線の正端子側の巻数）との乗算値である。また、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００４３】
図２の期間Ｔ２においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオン、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオフ、スイッチング素子Ｑ３１がオン、スイッチング素子Ｑ３２がオンする。この期間Ｔ２においては、図４に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１１→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１４の経路で電流ＩＰが流れる。
【００４４】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２４→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２１→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においては三次巻線Ｔ１３→ダイオードＤ３１→スイッチング素子Ｑ３１→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００４５】
図４に示した図２の期間Ｔ２においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「ＩＬＶ」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００４６】
図２の期間Ｔ３においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオン、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオフ、スイッチング素子Ｑ３１がオン、スイッチング素子Ｑ３２がオフする。この期間Ｔ３においても、図４に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１１→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１４の経路で電流ＩＰが流れる。
【００４７】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２４→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２１→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においては三次巻線Ｔ１３→ダイオードＤ３１→スイッチング素子Ｑ３１→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００４８】
図４に示した図２の期間Ｔ３においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「ＩＬＶ」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００４９】
図２の期間Ｔ４においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオフ、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオフ、スイッチング素子Ｑ３１がオン、スイッチング素子Ｑ３２がオフする。この期間Ｔ５においては、図５に示すように、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１には電流が流れない。整流回路１２において、コンデンサＣ２１→ダイオードＤ２２→ダイオードＤ２１、および、コンデンサＣ２１→ダイオードＤ２４→ダイオードＤ２３を経てコイルＬ２１を経由してコンデンサＣ２１に戻る経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においてはコンデンサＣ３１→還流ダイオードＤ３３→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００５０】
図５に示した図２の期間Ｔ４においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。また、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが、トランスリセット電圧Ｖｔとスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のソースの電圧ＶＦとの差（Ｖｔ−ＶＦ）となる。トランスリセット電圧Ｖｔは、入力電源電圧ＶＶＨと巻数比ＮＴ（＝ｎ３／ｎ１；ｎ１は一次巻線の巻数、ｎ３は三次巻線の負端子側の巻数）との乗算値である。スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００５１】
このようにして、コントローラ５０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４を制御してトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１を通電してトランスＴ１の二次巻線Ｔ１２から整流回路１２を介して充電負荷Ｒ２１側に給電する。また、コントローラ５０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４を制御してトランスＴ１の三次巻線Ｔ１３から電圧調整用スイッチング回路４０を介して補機負荷Ｒ３３側に給電する。
【００５２】
図２の期間Ｔ５においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオフ、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオン、スイッチング素子Ｑ３１がオン、スイッチング素子Ｑ３２がオフする。この期間Ｔ６においては、図６に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１２→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１３の経路で電流ＩＰが流れる。
【００５３】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２２→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２３→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においてはコンデンサＣ３１→還流ダイオードＤ３３→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００５４】
図６に示した図２の期間Ｔ５においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。また、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが、トランスＴ１の三次巻線に誘起された電圧Ｖｔとスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のソースの電圧ＶＦとの差（Ｖｔ−ＶＦ）となる。トランスＴ１の三次巻線に誘起された電圧Ｖｔは、入力電源電圧ＶＶＨと巻数比ＮＴ（＝ｎ３／ｎ１；ｎ１は一次巻線の巻数、ｎ３は三次巻線の負端子側の巻数）との乗算値である。スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００５５】
図２の期間Ｔ６においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオフ、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオン、スイッチング素子Ｑ３１がオン、スイッチング素子Ｑ３２がオンする。この期間Ｔ６においては図７に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１２→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１３の経路で電流ＩＰが流れる。
【００５６】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２２→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２３→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においてはトランスＴ１の三次巻線Ｔ１３→ダイオードＤ３２→スイッチング素子Ｑ３２→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００５７】
図７に示した図２の期間Ｔ６においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。また、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「ＩＬＶ」となる。
【００５８】
図２の期間Ｔ７においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオフ、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオン、スイッチング素子Ｑ３１がオフ、スイッチング素子Ｑ３２がオンする。この期間Ｔ７においても、図７に示すように、商用電源からの交流が直流に変換されてＨブリッジ回路１１に入力され、スイッチング素子Ｑ１２→トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１→スイッチング素子Ｑ１３の経路で電流ＩＰが流れる。
【００５９】
これにより、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２および三次巻線Ｔ１３に交流が誘起される。整流回路１２においてコンデンサＣ２１→ダイオードＤ２２→トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２→ダイオードＤ２３→コイルＬ２１→コンデンサＣ２１の経路で電流ＩＳが流れる。また、電圧調整用スイッチング回路４０においてはトランスＴ１の三次巻線Ｔ１３→ダイオードＤ３２→スイッチング素子Ｑ３２→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００６０】
図７に示した図２の期間Ｔ７においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「ＩＬＶ」となる。
【００６１】
図２の期間Ｔ８においては、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４がオフ、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３がオフ、スイッチング素子Ｑ３１がオフ、スイッチング素子Ｑ３２がオンする。この期間Ｔ８においては、図８に示すように、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１には電流が流れない。整流回路１２において、コンデンサＣ２１→ダイオードＤ２２→ダイオードＤ２１、および、コンデンサＣ２１→ダイオードＤ２４→ダイオードＤ２３を経てコイルＬ２１を経由してコンデンサＣ２１に戻る経路で電流ＩＳが流れる。電圧調整用スイッチング回路４０においてはコンデンサＣ３１→還流ダイオードＤ３３→コイルＬ３１→コンデンサＣ３１の経路で電流ＩＬＶが流れる。
【００６２】
図８に示した図２の期間Ｔ８においては、スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが、トランスリセット電圧Ｖｔとスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のソースの電圧ＶＦとの差（Ｖｔ−ＶＦ）となる。トランスリセット電圧Ｖｔは、入力電源電圧ＶＶＨと巻数比ＮＴ（＝ｎ３／ｎ１；ｎ１は一次巻線の巻数、ｎ３は三次巻線の正端子側の巻数）との乗算値である。スイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間の電圧ＶＤＳが「０」、スイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」となる。
【００６３】
このようにして、コントローラ５０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４を制御してトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１を通電してトランスＴ１の二次巻線Ｔ１２から整流回路１２を介して充電負荷Ｒ２１側に給電する。また、コントローラ５０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４を制御してトランスＴ１の三次巻線Ｔ１３から電圧調整用スイッチング回路４０を介して補機負荷Ｒ３３側に給電する。
【００６４】
この際、コントローラ５０は、一次巻線Ｔ１１への正の半波の通電を遮断させるべく第１の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオフさせた図２のｔ４のタイミングの後のｔ７のタイミングで三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を遮断させるべく第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１をオフさせる。図２のｔ７のタイミングではスイッチング素子Ｑ３１のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」であり、この電流ＩＤＳが「０」のときスイッチング素子Ｑ３１がオフされる。また、コントローラ５０は、一次巻線Ｔ１１への負の半波の通電を遮断させるべく第２の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３をオフさせた図２のｔ８のタイミングの後のｔ１０のタイミングで三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を遮断させるべく第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２をオフさせる。図２のｔ１０のタイミングではスイッチング素子Ｑ３２のドレイン・ソース間に流れる電流ＩＤＳが「０」であり、この電流ＩＤＳが「０」のときスイッチング素子Ｑ３２がオフされる。
【００６５】
これにより、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３に接続した電圧調整用スイッチング回路４０における第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１および第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２のオフ時にゼロ電流スイッチングさせることにより、スイッチング損失を低減させることができるとともにサージ電圧を低減することができる。
【００６６】
また、コントローラ５０は、図２のｔ１のタイミングで一次巻線Ｔ１１への正の半波の通電を行わせるべく第１の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオンさせた後に図２のｔ２のタイミングで三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を行わせるべく第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１をオンさせる。また、コントローラ５０は、図２のｔ５のタイミングで一次巻線Ｔ１１への負の半波の通電を行わせるべく第２の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３をオンさせた後に図２のｔ６のタイミングで三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を行わせるべく第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２をオンさせる。
【００６７】
さらに、コントローラ５０は、図２のｔ２のタイミングで三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を行わせるべく第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１をオンさせた後に図２のｔ３のタイミングで三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を遮断すべく第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２をオフさせる。また、コントローラ５０は、図２のｔ６のタイミングで三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を行わせるべく第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２をオンさせた後に図２のｔ７のタイミングで三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を遮断すべく第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１をオフさせる。
【００６８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電圧調整用スイッチング回路４０は、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３の正の端子にダイオードＤ３１を介して接続された第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１とトランスＴ１の三次巻線Ｔ１３の負の端子にダイオードＤ３２を介して接続された第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２を有している。制御手段としてのコントローラ５０は、一次巻線Ｔ１１への正の半波の通電を遮断させるべく第１の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４をオフさせた後に三次巻線Ｔ１３での正の半波の通電を遮断させるべく第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１をオフさせる。また、コントローラ５０は、一次巻線Ｔ１１への負の半波の通電を遮断させるべく第２の一次巻線側スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３をオフさせた後に三次巻線Ｔ１３での負の半波の通電を遮断させるべく第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２をオフさせる。よって、第１の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３１および第２の三次巻線側スイッチング素子Ｑ３２のオフ時にゼロ電流スイッチングさせることにより、スイッチング損失を低減させることができるとともにサージ電圧を低減することができる。
【００６９】
その結果、次のようになる。トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１が入力側、二次巻線Ｔ１２に整流回路１２を介して充電負荷Ｒ２１が、三次巻線Ｔ１３に電圧調整用スイッチング回路４０を介して補機負荷Ｒ３３が接続されている。この電源装置における電圧調整用スイッチング回路４０のスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２についてスイッチング損失の低減およびサージ電圧の低減を図ることができる。
【００７０】
（２）トランスＴ１の三次巻線Ｔ１３はセンタータップを有し、センタータップは接地されているので、構成の簡素化を図ることができる。
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。
【００７１】
・電圧調整用スイッチング回路４０の回路構成として、図９に示すようにしてもよい。つまり、トランスの三次巻線Ｔ１３の正の端子は還流ダイオードＤ３３を介して接地されるとともにトランスの三次巻線Ｔ１３の負の端子はダイオードＤ３４を介して接地され、ブリッジ式全波整流回路を構成してもよい。
【００７２】
・スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いてもよい。なお、ＩＧＢＴを用いた場合には、コレクタとエミッタ間にダイオードを、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続する。
【符号の説明】
【００７３】
１０…電源装置、１２…整流回路、４０…電圧調整用スイッチング回路、５０…コントローラ、Ｄ３１…ダイオード、Ｄ３２…ダイオード、Ｑ１１…スイッチング素子、Ｑ１２…スイッチング素子、Ｑ１３…スイッチング素子、Ｑ１４…スイッチング素子、Ｑ３１…スイッチング素子、Ｑ３２…スイッチング素子、Ｒ２１…充電負荷、Ｒ３３…補機負荷、Ｔ１…トランス、Ｔ１１…一次巻線、Ｔ１２…二次巻線、Ｔ１３…三次巻線。
【図１】
2013247814.tif 000003
【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】
2013247814.tif 000009
【図８】
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【図９】
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