(57)【要約】【課題】逆潮時に複数の二次側スイッチが同時にオフしたとき、回路の導通損失を発生させることなく、過電圧による故障を防止するプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、一次平滑コンデンサＣ１、二次平滑コンデンサＣ２、トランス２０を構成する一次コイル３１、３２及び二次コイル３３、３４、一次側及び二次側スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、二次側スイッチと二次電源との間に接続されるリアクトル７、スイッチ操作部１５、並びに、保護部としての還流経路６０を備える。二次電源Ｂ２から一次電源Ｂ１へ送電を行う逆潮時に、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が同時にオフし、トランス二次側センタタップＪ２の電位に過電圧が発生したとき、還流経路スイッチ６１がオンし還流経路６０が導通する。還流経路６０の還流経路スイッチ６１及び還流経路抵抗６２でリアクトル７のエネルギが吸収される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電源（Ｂ１）及び二次電源（Ｂ２）の間に接続され、双方向に電力変換可能なプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記一次電源と並列に接続された一次平滑コンデンサ（Ｃ１）と、
前記二次電源と並列に接続された二次平滑コンデンサ（Ｃ２）と、
一次側と二次側との間で電力を変換するトランス（２０）を構成する複数の一次コイル（３１、３２）及び複数の二次コイル（３３、３４）と、
前記複数の一次コイルの通電をオンオフする複数の一次側スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）と、
前記複数の二次コイルの通電をオンオフする複数の二次側スイッチ（ＳＷ３、ＳＷ４）と、
前記二次平滑コンデンサと前記複数の二次側スイッチとの間に接続され、通電によりエネルギを蓄積するリアクトル（７、７１）と、
前記複数の一次側スイッチ及び前記複数の二次側スイッチを操作し、前記トランスの通電を制御するスイッチ操作部（１５）と、
前記二次電源から前記一次電源へ送電を行う逆潮時に、前記複数の二次側スイッチが同時にオフし、前記複数の二次コイル同士が接続されるトランス二次側センタタップ（Ｊ２）の電位に過電圧が発生したとき、前記リアクトルに蓄えられたエネルギを吸収可能な保護部（６０、７０）と、
を備えることを特徴とする双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記トランス二次側センタタップの電位に過電圧が発生したことを検出する検出部（４０）をさらに備え、
前記保護部は、
前記検出部の検出信号を受けてオンする還流経路スイッチ（６１）を含み、前記還流経路スイッチがオンして導通したとき、前記トランス二次側センタタップ側から前記リアクトルに電流を還流させる還流経路（６０）により構成されることを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記還流経路スイッチ（６１）は、能動領域で動作するスイッチング素子により構成され、或いは、前記還流経路において、前記還流経路スイッチ及び還流経路抵抗（６２）が直列接続されることを特徴とする請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記二次電源と当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの接続を切り離し可能な切り離しスイッチ（８８）を内部に備え、
前記検出部の検出信号を受けて、前記切り離しスイッチを操作して前記二次電源との接続を切り離すことを特徴とする請求項２または３に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記二次電源と当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの接続を切り離し可能な切り離しスイッチ（８８）が設けられたシステムに適用され、
前記検出部の検出信号を受けたとき、当該システムにおいて前記切り離しスイッチが操作され前記二次電源との接続が切り離されるように、前記検出部の検出信号を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記還流経路スイッチのオン状態を保持するチャタリング防止部（５０）をさらに備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記検出部は、前記トランス二次側センタタップの電位が所定値を超えたとき導通する第１ツェナーダイオード（４１）を含み、
前記チャタリング防止部は、
前記還流経路スイッチのゲート相当電極とソース相当電極との間に並列に接続され、前記第１ツェナーダイオードのツェナー電流でチャージされる保持コンデンサ（５５）と、
前記保持コンデンサと並列に接続される保持抵抗（５４）と、
前記保持コンデンサと並列に接続され、所定値の電圧を前記還流経路スイッチのゲートに印加する第２ツェナーダイオード（５６）と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記チャタリング防止部は、前記第１ツェナーダイオードのツェナー電流を増幅する電流増幅器（５１）を更に備え、
前記保持コンデンサは、当該電流増幅器の出力電流でチャージされることを特徴とする請求項７に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記保護部は、
前記リアクトル（７１）に追加して巻かれるコイル（７２）と、
前記コイルと並列に接続されるコンデンサ（７５）及び抵抗（７４）と、
前記コイルの一端と前記コンデンサの一方の電極との間に接続されるダイオード（７３）と、
を含むエネルギ吸収トランス部（７０）により構成されることを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記スイッチ操作部は、逆潮を停止するとき、前記二次側スイッチのソース相当電極側からドレイン相当電極側へ向かう電流方向に切り替えてから動作を停止するように、前記複数の一次側スイッチ及び前記複数の二次側スイッチを操作することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次電源及び二次電源の間に接続され、双方向に電力変換可能なプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の普及が期待されており、電気自動車にはバッテリを充電するための充電器が搭載される。また、車載バッテリの電力で外部電気負荷を駆動する要求がある。その場合、充電器には双方向通電機能が必要となり、充電器を構成するＤＣＤＣコンバータも双方向に電力変換可能であることが必要となる。
この種の双方向ＤＣＤＣコンバータとしては、特許文献１に開示されているように、第１電源側に設けられたフルブリッジ回路と、第２電源側に設けられ、２つのスイッチを有するスイッチング回路と、第２電源側に設けられたリアクトルと、フルブリッジ回路及びスイッチング回路の間に設けられたトランスとを備えるプッシュプル方式の双方向ＤＣＤＣコンバータが知られている。
【０００３】
特許文献１には、第２電源から第１電源に送電を行う際、二次側スイッチング素子の誤動作で両アームのスイッチング素子が同時にオフした場合、二次側のリアクトルに蓄えられた磁気エネルギの行き場所が無く、変換器が故障するという課題が指摘されている。
この課題を解決するための手段として、特許文献１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第1電源側のリアクトルを利用し、第２電源側のリアクトルと並列に設けたバイパス回路を経由して、第２電源側のリアクトルに磁気エネルギを蓄積させることなく逆方向送電動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３６５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術では、逆方向送電（逆潮）時に、バイパス回路の導通損失が常に発生するという課題がある。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、逆潮時に複数の二次側スイッチが同時にオフしたとき、回路の導通損失を発生させることなく、過電圧による故障を防止するプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、一次平滑コンデンサ、二次平滑コンデンサ、トランスを構成する一次コイル及び二次コイル、複数の一次側スイッチ、複数の二次側スイッチ、二次平滑コンデンサと複数の二次側スイッチとの間に接続されるリアクトル、複数の一次側スイッチ及び複数の二次側スイッチを操作するスイッチ操作部、並びに、保護部を備える。
保護部は、二次電源から一次電源へ送電を行う逆潮時に、複数の二次側スイッチが同時にオフし、複数の二次コイル同士が接続されるトランス二次側センタタップの電位に過電圧が発生したとき、リアクトルに蓄えられたエネルギを吸収可能である。
【０００７】
本発明のプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、逆潮時に複数の二次側スイッチが同時にオフしたとき、リアクトルに蓄えられたエネルギを保護部で吸収する。つまり、本発明では、特許文献１の従来技術のように、逆潮時にリアクトルによるエネルギの蓄積自体を停止するのでなく、蓄積されたエネルギを「吸収」するという技術思想を用いる。したがって、バイパス回路の導通損失が発生するというような問題を伴うことなく、過電圧による故障を防止することができる。
【０００８】
本発明の第１の態様の保護部は、還流回路により構成される。この態様では、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランス二次側センタタップの電位に過電圧が発生したことを検出する検出部をさらに備える。保護部としての還流経路は、検出部の検出信号を受けてオンする還流経路スイッチを含み、還流経路スイッチがオンして導通したとき、トランス二次側センタタップ側からリアクトルに電流を還流させる。
還流経路スイッチは能動領域で動作するスイッチング素子により構成してもよい。或いは、還流経路において還流経路スイッチ及び還流経路抵抗が直列接続されてもよい。
本発明の第１の態様では、能動領域で動作する還流経路スイッチで、又は、還流経路スイッチ及び還流経路抵抗で、リアクトルのエネルギを吸収することができる。
【０００９】
この双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、二次電源との接続を切り離し可能な切り離しスイッチを内部に備え、検出部の検出信号を受けて、切り離しスイッチを操作して二次電源との接続を切り離すことが好ましい。或いは、切り離しスイッチが設けられたシステムに適用され、検出部の検出信号を受けたとき、当該システムにおいて前記切り離しスイッチが操作され前記二次電源との接続が切り離されるように、前記検出部の検出信号を出力することが好ましい。これにより、保護機能動作時において、二次電源からのエネルギ注入を防止することができる。
【００１０】
また、この双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、還流経路スイッチのオン状態を保持するチャタリング防止部をさらに備えることが好ましい。例えば特開２０００−３５８３５４号公報に開示された従来技術では、過電圧抑制用サイリスタを点弧させ、スイッチング半導体素子のゲートに電圧を与え続ける。しかし、本発明の還流経路のように電圧が急激に変化する環境では、サイリスタの誤点弧が懸念されるため使用することができない。そこで、チャタリング防止部を備えることにより、過電圧が無くなっても、還流経路スイッチのオン状態を保持することができる。
【００１１】
また、本発明の第２の態様の保護部は、エネルギ吸収トランス部により構成される。このエネルギ吸収トランス部は、リアクトルに追加して巻かれるコイルと、コイルと並列に接続されるコンデンサ及び抵抗と、コイルの一端とコンデンサの一方の電極との間に接続されるダイオードとを含む。本発明の第２の態様では、リアクトルとコイルとにより構成されるトランス、及び抵抗でリアクトルのエネルギを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１、第２実施形態による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成図。
【図２】還流経路の変形例の図。
【図３】逆潮時のスイッチング動作を説明するタイムチャート。
【図４】逆潮時の電流経路を説明する図。
【図５】停止処理時の電流経路を説明する図。
【図６】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するメインフローチャート。
【図７】図６の逆潮及び停止処理のサブフローチャート。
【図８】本発明の第３実施形態による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成図。
【図９】チャタリング防止部の作用を説明するタイムチャート。
【図１０】本発明の第４実施形態による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを、図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１、第２実施形態）
本発明の第１、第２実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。図１に示すように、第１実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と第２実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２との違いは、一部の構成を内部に備えるか、外部のシステムが備えるかの違いである。以下の説明は、基本的に第１実施形態の構成に基づいて行う。
【００１４】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、一次電源Ｂ１及び二次電源Ｂ２の間に接続され、双方向に電力変換可能なプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。特に本実施形態では、二次電源Ｂ２側から一次電源Ｂ１側に送電する「逆潮」時の挙動に注目する。
【００１５】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、一次側と二次側との間で電力を変換するトランス２０を備える。トランス２０は、一次コイル３１及び二次コイル３４から構成される第１トランスユニット２１、及び、一次コイル３２及び二次コイル３３から構成される第２トランスユニット２２を含む。一次コイル３１と一次コイル３２とは一次側接続点Ｊ１で接続され、二次コイル３３と二次コイル３４とは二次側接続点であるトランス二次側センタタップＪ２で接続されている。
【００１６】
一次平滑コンデンサＣ１は、一次電源Ｂ１と並列に接続されている。一次側スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、それぞれ、一次コイル３１、３２と一次平滑コンデンサＣ１の負極との間に接続されており、一次コイル３１、３２の通電をオンオフする。
二次平滑コンデンサＣ２は、二次電源Ｂ２と並列に接続されている。二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４は、それぞれ、二次コイル３３、３４と、二次平滑コンデンサＣ２の負極に一端が接続されたリアクトル７の他端との間に接続されており、二次コイル３３、３４の通電をオンオフする。リアクトル７は、二次平滑コンデンサＣ２の正極と、後述するプリチャージ抵抗９１との間、もしくは、プリチャージ抵抗９１とトランス二次側センタタップＪ２との間に接続されてもよい。
【００１７】
スイッチ操作部１５は、プッシュプル方式でスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を操作し、トランス２０の通電を制御する。
以下、本明細書で「スイッチ（図中、「ＳＷ」と記す）」とは半導体スイッチング素子を意味する。本実施形態では一次側及び二次側スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、並びに、後述する還流経路スイッチ６１として、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）が用いられる。
【００１８】
一次側及び二次側スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ドレインがコイル３１〜３４に接続され、ソースが平滑コンデンサＣ１の負極、又はリアクトル７に接続される。また、ゲートがスイッチ操作部１５に接続される。
なお他の実施形態では、ＩＧＢＴ等のトランジスタをスイッチとして用いてもよい。その場合、ベース、コレクタ、エミッタを、それぞれゲート相当電極、ドレイン相当電極、ソース相当電極とする。また、寄生ダイオードに代えて還流ダイオードを用いてもよい。
【００１９】
また、二次側について、トランス二次側センタタップＪ２と二次平滑コンデンサＣ２の正極とを結ぶ経路を正極ラインＬＰ、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４のソースと二次平滑コンデンサＣ２の負極とを結ぶ経路を負極ラインＬＮという。
正極ラインＬＰには、二次平滑コンデンサＣ２をプリチャージするときに突入電流を防止するプリチャージ抵抗９１が設けられている。また、プリチャージ完了後に経路を切り替える短絡リレー９２が、プリチャージ抵抗９１と並列に接続されている。図１は、プリャージ完了後に短絡リレー９２をオンした状態を示す。
リアクトル７は、負極ラインＬＮにおいて、二次平滑コンデンサＣ２の負極と、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４のソースとの間に接続されている。リアクトル７に通電されると磁気エネルギが蓄積される。
【００２０】
さらに、本実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、特徴構成として、検出部４０、還流経路６０、注入防止部８０、切り離しスイッチ８８を備える。
これらの特徴構成は、逆潮時に、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が誤動作や制御電源消失等により同時にオフした場合を想定して設けられている。仮に二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が同時にオフすると、リアクトル７に蓄えられたエネルギの行き場が無くなり、トランス二次側センタタップＪ２の電位が上昇して過電圧となる。すると、スイッチＳＷ３、ＳＷ４の素子が故障するおそれがある。そこで、本実施形態では、トランス二次側センタタップＪ２の電位が過電圧となったとき、リアクトル７のエネルギを吸収可能な「保護部」を設けている。
【００２１】
検出部４０は、正極ラインＬＰと負極ラインＬＮとの間に直列接続された第１ツェナーダイオード４１及び抵抗４２、４３により構成されている。第１ツェナーダイオード４１は、トランス二次側センタタップＪ２の電位が所定のツェナー電圧を超えると導通する。すると、検出部４０は、抵抗４２、４３の中間点の電圧を検出信号として出力する。これにより、逆潮時に二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が同時にオフし、リアクトル７に蓄えられたエネルギによって過電圧が発生したことが検出される。
【００２２】
「保護部」としての還流経路６０は、正極ラインＬＰと負極ラインＬＮとの間に直列接続された還流経路スイッチ６１及び還流経路抵抗６２により構成されている。検出部４０の検出信号が還流経路スイッチ６１のゲートに入力されると、還流経路６０が導通する。これにより、リアクトル電流は、還流経路６０を経由して、トランス二次側センタタップＪ２側である正極ラインＬＰから負極ラインＬＮのリアクトル７に還流する。このとき、還流経路スイッチ６１及び還流経路抵抗６２でリアクトル７のエネルギが吸収されるため、過電圧が解消される。
【００２３】
詳しくは、還流経路スイッチ６１のゲート−ドレイン間にはコンデンサ６３が並列接続されている。また、還流経路スイッチ６１のゲートと負極ラインＬＮとの間には第２ツェナーダイオード６４が接続されており、検出信号の電圧が所定値を超えたとき導通する。これにより、過大なゲート電圧が還流経路スイッチ６１に入力されることが防止される。
【００２４】
図１に示した構成では、還流経路スイッチ６１及び還流経路抵抗６２が直列接続されている。この構成では、還流経路スイッチ６１が飽和領域で動作し、還流経路スイッチ６１自体の抵抗が０に近くなる場合でも、過電流を防止することができる。
また、変形例として、還流経路スイッチ６１が能動領域で動作するスイッチング素子で構成される場合、還流経路スイッチ６１自体が抵抗を有するため、図２に示すように還流経路抵抗６２が無くてもよい。この形態では、能動領域で動作する還流経路スイッチ６１でリアクトル７のエネルギが吸収される。
【００２５】
注入防止部８０は、コンパレータ８１、基準電圧用電源８２、アイソレータ８３、フリップフロップ８４、マイコン８５、ＡＮＤゲート８６、増幅器（バッファ）８７を含む。
コンパレータ８１の（＋）入力端子には検出部４０の検出信号が入力され、（−）入力端子には基準電圧用電源８２による基準電圧が入力される。検出信号の電圧が基準電圧を超えたとき、アイソレータ８３を経由してフリップフロップ８４のＳ端子に入力される。マイコン８５は、フリップフロップ８４のＲ端子にリセット信号を出力し、ＡＮＤゲート８６に逆潮起動信号を出力する。フリップフロップ８４の出力、及び逆潮起動信号がいずれもＨＩのとき、増幅器８７を経由して遮断信号が出力される。
【００２６】
切り離しスイッチ８８は、二次電源Ｂ２の正極と二次平滑コンデンサＣ２との間に設けられている。注入防止部８０からの遮断信号がゲートに入力され、切り離しスイッチ８８がオンすると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と二次電源Ｂ２との接続が切り離される。また、充電時に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と二次電源Ｂ２とを接続するリレー８９が、切り離しスイッチ８８と並列に接続されている。
検出部４０が過電圧の発生を検出したとき、還流経路６０を導通させてリアクトル電流を還流させると共に、二次電源Ｂ２との接続を切り離すことにより、エネルギ注入を防止することができる。
【００２７】
ここで、図１の一点鎖線範囲で示すように、第１実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、注入防止部８０及び切り離しスイッチ８８を内部に備えている。そのため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１自身が検出部４０の検出信号に基づいて遮断信号を生成し、切り離しスイッチ８８に出力する。
【００２８】
一方、図１の二点鎖線範囲で示すように、第２実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、注入防止部８０のうちフリップフロップ８４、マイコン８５、ＡＮＤゲート８６、増幅器（バッファ）８７と、切り離しスイッチ８８とを内部に備えておらず、それらを備えたシステムに適用される。そのため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、検出部４０の検出信号を外部システムに発信する。検出信号を受けた外部システムは、遮断信号を生成し、切り離しスイッチ８８に出力する。第２実施形態においても、システム全体としての作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００２９】
次に、一般的なプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの逆潮時の動作について、図３、図４を参照して説明する。図３の横軸（時間軸）において、各パルスエッジのタイミングａ〜ｄ、及び、タイミングａ〜ｄの間の区間Ｉ〜区間ＩＩＩを以下のように定義する。
【００３０】
タイミングａ：ＳＷ３のオンタイミング
タイミングｂ：ＳＷ４のオフタイミング
タイミングｃ：ＳＷ４のオンタイミング
タイミングｄ：ＳＷ３のオフタイミング
区間Ｉ    ：タイミングａ〜タイミングｂ、タイミングｃ〜タイミングｄ
区間ＩＩ  ：タイミングｂ〜タイミングｃ
区間ＩＩＩ：タイミングｄ〜タイミングａ
【００３１】
２つの二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４は、両方のスイッチが同時にオンする区間Ｉと、片方のスイッチがオンする区間ＩＩ、ＩＩＩとを交互に繰り返すようにオンオフする。
図４（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）は、それぞれ、区間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩにおけるリアクトル電流ＩＬの経路を表しており、オンしているスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の符号を四角で囲む。なお、図４には、本実施形態の特徴部分（図１参照）を含まない単純なプッシュプル方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを示す。リアクトル電流ＩＬは、二次平滑コンデンサＣ２の負極から二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４を経由してトランス２０の接続点Ｊ２を通り、二次平滑コンデンサＣ２の正極に向かう方向を正とする。
【００３２】
図４（Ｉ）に示すように、両方の二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４がオンしている区間Ｉでは、一次側スイッチＳＷ１、ＳＷ２はいずれもオフする。このとき、リアクトル７に磁気エネルギが蓄積される。
図４（ＩＩ）、（ＩＩＩ）に示すように、二次側スイッチＳＷ３がオンしている区間ＩＩでは、対応する一次側スイッチＳＷ２をオンし、二次側スイッチＳＷ４がオンしている区間ＩＩＩでは、対応する一次側スイッチＳＷ１をオンする。これにより、二次側の電流がトランス２０を介して一次側に転送され、一次側スイッチＳＷ１、ＳＷ２を通る経路に電流が流れる。したがって、リアクトル７に蓄積されたエネルギが消費される。
【００３３】
次に、本実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の動作について、図６、図７のフローチャートを参照する。図７（ａ）、（ｂ）は、図６のＳ４０、Ｓ９０の詳細を示すサブフローチャートである。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。
まず、短絡リレー９２をオフした状態でプリチャージ抵抗９１を経由して二次平滑コンデンサＣ２をプリチャージする（Ｓ１）。二次平滑コンデンサＣ２の電圧チャージが完了したら（Ｓ２：ＹＥＳ）、短絡リレー９２をオンし（Ｓ３）逆潮を開始する（Ｓ４０）。
なお、プリチャージ時においても二次側スイッチ動作は、以下と同様である。
【００３４】
逆潮時には、まず、図４（Ｉ）に示すように、両方の二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオンしてリアクトル７にエネルギを蓄積する（Ｓ４１）。次に、図４（ＩＩ）に示すように、片方の二次側スイッチＳＷ３、及び、対応する一次側スイッチＳＷ２をオンして一次側に電流転送する（Ｓ４２）。そして再び、図４（Ｉ）に示すように、両方の二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオンしてリアクトル７にエネルギを蓄積する（Ｓ４１）。次に、図４（ＩＩＩ）に示すように、もう片方の二次側スイッチＳＷ４、及び、対応する一次側スイッチＳＷ１をオンして一次側に電流転送する（Ｓ４４）。この４行程を繰り返すことにより（図３参照）、二次電源Ｂ２から一次電源Ｂ１に送電が行われる。
【００３５】
このように、正常な逆潮動作では常に二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４の少なくとも一方がオンし、リアクトル電流ＩＬが流れる経路を形成している。ところが、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が誤動作や制御電源消失等により同時にオフすると、リアクトル電流ＩＬの行き場がなくなり、トランス二次側センタタップＪ２の電位が上昇してＳＷ３、ＳＷ４に過電圧が発生する。
【００３６】
本実施形態では、過電圧が発生したことを検出部４０が検出すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、還流経路スイッチ６１をオンして還流経路６０を導通させ、リアクトル電流ＩＬを負極ラインＬＮに還流させる。また、切り離しスイッチ８８をオンして二次電源Ｂ２からのエネルギ注入を防止する（Ｓ６）。そして、エラー終了（Ｓ７）で終わる。
【００３７】
逆潮時に過電圧が発生することなく終了指令を受けた場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、停止処理（Ｓ９０）に移行する。停止処理では、スイッチ操作部１５により、一次側及び二次側スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が次のように操作される。
【００３８】
停止処理について、逆潮の終了指令時に、図４（ＩＩＩ）の状態である場合を想定し、図５、図７（ｂ）を参照して説明する。なお、逆潮の終了指令時に、図４（ＩＩ）の状態である場合についても処理の流れは同様である。
逆潮の終了指令時には、図５（ＩＩＩ）に示すように、一次側スイッチＳＷ１及び二次側スイッチＳＷ４がオンし、一次側に電流転送されている（Ｓ９１）。この状態から二次側スイッチＳＷ４のオンを保持すると、図５（ＩＩＩ*）に示すように、リアクトル電流ＩＬの正負が反転する（Ｓ９２）。
【００３９】
最後に、図５（Ｉ*）に示すように、両方の二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオンし、リアクトル電流ＩＬを還流させて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の動作を停止する（Ｓ９３）。ここでの「還流」は、還流経路６０の還流とは異なり、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４のソース側からドレイン側に向かって電流を流すことを意味する。このように停止処理では、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４のソース側からドレイン側へ向かう電流方向に電流を切り替えてから逆潮を停止する。なお、Ｓ９３では、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオフした状態で、寄生もしくは逆並列ダイオードを経由してリアクトル電流ＩＬを還流させるようにしてもよい。
【００４０】
以上のように、本実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４が同時にオフし、トランス二次側センタタップＪ２の電位に過電圧が発生したとき、「保護部」としての還流経路６０を導通させる。これにより、リアクトル７のエネルギは、還流経路スイッチ６１及び還流経路抵抗６２で、又は、能動領域で動作する還流経路スイッチ６１で吸収されるため、過電圧による故障を防止することができる。
本実施形態は、特許文献１の従来技術のように、逆潮時にリアクトルによるエネルギの蓄積自体を停止するのでなく、蓄積されたエネルギを「吸収」するという技術思想を用いるため、バイパス回路の導通損失が発生するというような問題を伴うことがない。
【００４１】
また、検出部４０の検出信号に基づき、切り離しスイッチ８８を操作し、保護機能動作時において、二次電源Ｂ２からのエネルギ注入を防止することができる。
【００４２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図８、図９を参照して説明する。図８において検出部４０よりもトランス２０側の構成は、図１と同一であるため図示を省略する。第３実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、図１の構成に対し、検出部４０と還流経路６０との間に、還流経路スイッチ６１のオン状態を保持するチャタリング防止部５０を備えることを特徴とする。
【００４３】
チャタリング防止部５０は、電流増幅器５１、ダイオード５３、保持抵抗５４、保持コンデンサ５５及び第２ツェナーダイオード５６を含む。
電流増幅器５１は、第１ツェナーダイオード４１のツェナー電流を増幅する。電流増幅器５１の出力端は、ダイオード５３を経由して還流経路スイッチ６１のゲートに接続されている。
【００４４】
保持抵抗５４、保持コンデンサ５５及び第２ツェナーダイオード５６は、還流経路スイッチ６１のゲートとソースとの間に並列に接続される。保持コンデンサ５５は、電流増幅器５１の出力電流、すなわち、増幅されたツェナー電流でチャージされる。第２ツェナーダイオード５６は、所定値の電圧を還流経路スイッチ６１のゲートに印加する。ここで、ＣＲ時定数は、ＬＲ時定数よりも大きく設定される。
なお、第３実施形態の変形例では、電流増幅器５１を設けず、第１ツェナーダイオード４１のツェナー電流で、保持コンデンサ５５が直接チャージされるようにしてもよい。
【００４５】
図９に、（ｂ）チャタリング防止機能を備えない比較例、（ｃ）第３実施形態において、トランス二次側センタタップＪ２の電位に過電圧が発生したときの還流経路スイッチ６１のゲート電圧及びリアクトル電流の挙動を示す。検出部４０が過電圧を検出すると、少しのタイムラグの後、過電圧フラグが立つ。また、（ａ）特開２０００−３５８３５４号公報に開示された従来技術に基づく参考例の挙動を示す。この参考例は、サイリスタを利用するものである。
【００４６】
チャタリング防止機能を備えない比較例では、時刻ｔ０に検出部４０に過電圧が発生すると過電圧フラグが立ち、時刻ｔ１に還流経路スイッチ６１がオンする。すると、過電圧が無くなり、過電圧フラグは下がる。また、リアクトル電流は徐々に減少する。そして、時刻ｔ２に還流経路スイッチ６１がオフすると、再び過電圧が発生し、リアクトル電流が増加する。この現象が繰り返されるため、チャタリングが発生する。
【００４７】
一方、サイリスタを用いる参考例では、時刻ｔ１に過電圧が無くなった後も、サイリスタの電流保持機能によりスイッチを常時オンさせることができる。しかし、本実施形態の還流経路６０のように電圧の時間変化率（ｄｖ／ｄｔ）が大きく、電圧が急激に変化する環境では、サイリスタの誤点弧が懸念されるため、使用することができない。
【００４８】
それに対し、チャタリング防止部５０を備える第３実施形態では、時刻ｔ０に過電圧が発生すると還流経路スイッチ６１がオンする。そして、チャタリング防止部５０の状態保持機能によって、また、ＣＲ時定数はＬＲ時定数よりも大きく設定されているため、時刻ｔ１に過電圧が無くなった後も、還流経路スイッチ６１はオフしない。これにより、チャタリングの発生を防止することができる。
【００４９】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図１０を参照して説明する。第４実施形態の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、リアクトルのエネルギを吸収する「保護部」として、還流経路６０に加え、エネルギ吸収トランス部７０を備える。それ以外の構成は、上記実施形態と同様である。
【００５０】
エネルギ吸収トランス部７０は、リアクトル７１に追加して巻かれるコイル７２と、コイル７２と並列に接続されるコンデンサ７５及び抵抗７４と、コイル７２の一端とコンデンサ７５の一方の電極との間に接続されるダイオード７３とを含む。第４実施形態では、リアクトル７１とコイル７２とにより構成されるトランス７７、及び抵抗７４でリアクトル７１のエネルギを吸収することができる。
【００５１】
（その他の実施形態）
本発明の「保護部」として、還流経路６０又はエネルギ吸収トランス部７０に加え、或いは、それらに代えて、以下のようにリアクトルのエネルギを吸収してもよい。
（１）二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４に並列にコンデンサ及び抵抗を接続し、いわゆるスナバ回路を構成する。
（２）トランス２１、２２の二次側センタタップＪ２と二次側スイッチＳＷ３、ＳＷ４のソース電位との間にツェナーダイオード及び抵抗を接続する。この構成は、一般的なサージ保護に用いられるものである。
【００５２】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１、１０２、１０３、１０４・・・双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２０・・・トランス、
３１、３３・・・一次コイル      ３２、３４・・・二次コイル、
４０・・・検出部、              ５０・・・チャタリング防止部、
６０・・・還流経路（保護部）、
７、７１・・・リアクトル、      ７０・・・エネルギ吸収トランス部（保護部）、
８０・・・注入防止部、          ８８・・・切り離しスイッチ、
Ｂ１・・・一次電源、            Ｂ２・・・二次電源、
Ｃ１・・・一次平滑コンデンサ、  Ｃ２・・・二次平滑コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２・・・一次側スイッチ、  ＳＷ３、ＳＷ４・・・二次側スイッチ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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