(57)【要約】【課題】出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能な電力変換装置及び進相突入予防方法を提供する。【解決手段】電力変換装置１００は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８と、共振回路３３と、トランスＴ１と、制御回路３０とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置である。制御回路３０は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を制御する。また、制御回路３０は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するゲート駆動信号と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８のゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。【選択図】図１
2016214017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ゲート型トランジスタと、共振回路と、トランスと、前記絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置であって、
前記制御回路は、前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するゲート駆動信号と、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記ゲート駆動信号により前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御する制御部とを備え、
前記ドライブ回路は、前記位相差が前記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ゲート駆動信号は、第１信号レベルと第２信号レベルとの２値信号により構成され、
前記ドライブ回路は、前記進相であると判定された場合、前記ゲート駆動信号の信号レベルを維持するように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
絶縁ゲート型トランジスタと、共振回路と、トランスと、前記絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置に適用される進相突入予防方法であって、
前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するゲート駆動信号と、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する
ことを特徴とする進相突入予防方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電力変換装置及び進相突入予防方法に関し、より詳細には、トランスを用いて電力変換を行う電力変換装置及び進相突入予防方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１記載の放電灯点灯装置は、整流平滑回路と、インバータ回路と、負荷回路と、結合コンデンサと、制御回路と、電流検出器と、進相電流検出回路とを備えている。負荷回路は、放電灯を備えている。
【０００４】
進相電流検出回路は、電流検出器から得られた負荷電流（出力電流）が、インバータ回路の出力電圧に対して進相状態であるか否かを検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のインバータ回路等に限らず、電力変換装置では、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出できることが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能な電力変換装置及び進相突入予防方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電力変換装置は、絶縁ゲート型トランジスタと、共振回路と、トランスと、前記絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置である。前記制御回路は、前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するゲート駆動信号と、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている。
【０００９】
本発明の進相突入予防方法は、絶縁ゲート型トランジスタと、共振回路と、トランスと、前記絶縁ゲート型トランジスタを制御する制御回路とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置に適用される進相突入予防方法であって、前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するゲート駆動信号と、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換装置では、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能である。
【００１１】
本発明の進相突入予防方法では、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態の電力変換装置の回路図である。
【図２】図２Ａ，２Ｂは、本実施形態の電力変換装置の動作に関し、図２Ａは、出力電圧に対して出力電流が遅相であるときの絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧及びゲート駆動信号の波形図、図２Ｂは、出力電圧に対して出力電流が遅相であるときの絶縁ゲート型トランジスタに流れる電流の波形図である。
【図３】図３Ａ，３Ｂは、本実施形態の電力変換装置の動作に関し、図３Ａは、出力電圧に対して出力電流が進相であるときの絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧及びゲート駆動信号の波形図、図３Ｂは、出力電圧に対して出力電流が進相であるときの絶縁ゲート型トランジスタに流れる電流の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態の電力変換装置１００は、図１に示すように、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８と、共振回路３３と、トランスＴ１と、制御回路３０とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置である。
【００１４】
制御回路３０は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を制御するように構成されている。また、制御回路３０は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するゲート駆動信号と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８のゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている。
【００１５】
すなわち、本実施形態の電力変換装置１００は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の出力信号（出力電流及び出力電圧）ではなく、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の入力信号（ゲート駆動信号及びゲート電圧）により進相であるか否かを判定する。電力変換装置１００では、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の入力信号が、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の出力信号よりも小さく、これらの入力信号の振動も小さい。その結果、電力変換装置１００では、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の出力信号により進相であるか否かを判定する構成に比べて、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能となる。
【００１６】
以下では、電力変換装置１００について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
電力変換装置１００は、第１直流電圧Ｖｄ１と第２直流電圧Ｖｄ２との間で電圧変換を行う電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータである。この電力変換装置１００は、双方向に電圧変換を行うように構成されている。
【００１８】
電力変換装置１００は、一対の第１接続端子１Ａ，１Ｂと、一対の第２接続端子２Ａ，２Ｂと、第１変換回路１０と、トランスＴ１と、共振回路３３と、第２変換回路２０と、制御回路３０とを備えている。
【００１９】
一対の第１接続端子１Ａ，１Ｂは、蓄電池６０が電気的に接続されるように構成されている。蓄電池６０としては、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。本実施形態では、蓄電池６０の出力電圧が、第１直流電圧Ｖｄ１に対応する。
【００２０】
第１接続端子１Ａは、蓄電池６０のプラス端子と電気的に接続される。第１接続端子１Ｂは、蓄電池６０のマイナス端子と電気的に接続される。
【００２１】
一対の第２接続端子２Ａ，２Ｂは、直流電圧源７０が電気的に接続されるように構成されている。直流電圧源７０は、所定の直流電圧を出力するように構成されている。本実施形態では、直流電圧源７０の出力電圧が、第２直流電圧Ｖｄ２に対応する。また、本実施形態では、第２直流電圧Ｖｄ２の最大値が、第１直流電圧Ｖｄ１の最大値よりも大きく設定されている。
【００２２】
第２接続端子２Ａは、直流電圧源７０のプラス端子と電気的に接続される。第２接続端子２Ｂは、直流電圧源７０のマイナス端子と電気的に接続される。
【００２３】
第１変換回路１０は、第１直流電圧Ｖｄ１と第１交流電圧Ｖａ１との間で電圧変換を行うように構成されている。
【００２４】
第１変換回路１０は、フルブリッジ回路である。第１変換回路１０は、４つの絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ４と、４つの抵抗（ゲート抵抗）Ｒ１〜Ｒ４とを備えている。なお、以下では、説明の便宜上、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ４を、単に、「トランジスタＱ１〜Ｑ４」と称することもある。
【００２５】
トランジスタＱ１は、第１端子と、第２端子と、制御端子とを備えている。トランジスタＱ１は、例えば、ノーマリオフ型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。この場合、トランジスタＱ１では、第１端子がドレイン端子であり、第２端子がソース端子であり、制御端子がゲート端子である。なお、図１中のトランジスタＱ１における図記号のダイオードは、寄生ダイオードを表している。
【００２６】
３つのトランジスタＱ２〜Ｑ４の各々は、図１に示すように、トランジスタＱ１と符号が異なる点を除いて、トランジスタＱ１と同じ構成である。ゆえに、３つのトランジスタＱ２〜Ｑ４の各々に関する詳細な説明は省略する。
【００２７】
トランジスタＱ１のドレイン端子は、第１接続端子１Ａと電気的に接続されている。トランジスタＱ１のゲート端子は、抵抗Ｒ１を介して、制御回路３０と電気的に接続されている。トランジスタＱ１のソース端子は、トランジスタＱ２のドレイン端子と電気的に接続されている。トランジスタＱ２のゲート端子は、抵抗Ｒ２を介して、制御回路３０と電気的に接続されている。トランジスタＱ２のソース端子は、第１接続端子１Ｂと電気的に接続されている。
【００２８】
トランジスタＱ３及びトランジスタＱ４の電気的な接続関係は、図１に示すように、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２の電気的な接続関係と同じである。ゆえに、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ４の各々に関する詳細な説明は省略する。電力変換装置１００では、図１に示すように、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４との直列回路が、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との直列回路と、並列に接続されている。
【００２９】
トランスＴ１は、第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とを備えている。トランスＴ１は、例えば、高周波トランスである。第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とは、磁気的に結合されている。
【００３０】
第１巻線Ｌ１の第１端は、共振回路３３を介して、トランジスタＱ３のソース端子と電気的に接続されている。第１巻線Ｌ１の第２端は、トランジスタＱ１のソース端子と電気的に接続されている。第２巻線Ｌ２は、第２変換回路２０と電気的に接続されている。
【００３１】
共振回路３３は、インダクタＬ３とコンデンサＣ１とを備えている。
【００３２】
インダクタＬ３の第１端は、トランジスタＱ３のソース端子と電気的に接続されている。インダクタＬ３の第２端は、コンデンサＣ１を介して、トランスＴ１における第１巻線Ｌ１の第１端と電気的に接続されている。
【００３３】
第２変換回路２０は、第２交流電圧Ｖａ２と第２直流電圧Ｖｄ２との間で電圧変換を行うように構成されている。
【００３４】
第２変換回路２０は、フルブリッジ回路である。第２変換回路２０は、４つの絶縁ゲート型トランジスタＱ５〜Ｑ８と、４つの抵抗（ゲート抵抗）Ｒ５〜Ｒ８とを備えている。なお、以下では、説明の便宜上、絶縁ゲート型トランジスタＱ５〜Ｑ８を、単に、「トランジスタＱ５〜Ｑ８」と称することもある。
【００３５】
４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８の各々は、図１に示すように、トランジスタＱ１と符号が異なる点を除いて、トランジスタＱ１と同じ構成である。ゆえに、４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８の各々に関する詳細な説明は省略する。
【００３６】
トランジスタＱ５のドレイン端子は、第２接続端子２Ａと電気的に接続されている。トランジスタＱ５のゲート端子は、抵抗Ｒ５を介して、制御回路３０と電気的に接続されている。トランジスタＱ５のソース端子は、トランジスタＱ６のドレイン端子と電気的に接続されている。トランジスタＱ６のゲート端子は、抵抗Ｒ６を介して、制御回路３０と電気的に接続されている。トランジスタＱ６のソース端子は、第２接続端子２Ｂと電気的に接続されている。
【００３７】
トランジスタＱ７及びトランジスタＱ８の電気的な接続関係は、図１に示すように、トランジスタＱ５及びトランジスタＱ６の電気的な接続関係と同じである。ゆえに、トランジスタＱ７及びトランジスタＱ８の各々に関する詳細な説明は省略する。電力変換装置１００では、図１に示すように、トランジスタＱ７とトランジスタＱ８との直列回路が、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６との直列回路と、並列に接続されている。
【００３８】
トランジスタＱ７のソース端子は、トランスＴ１の第２巻線Ｌ２を介して、トランジスタＱ５のソース端子と電気的に接続されている。
【００３９】
制御回路３０は、ドライブ回路３１と、制御部３２とを備えている。電力変換装置１００では、ドライブ回路３１と制御部３２とが、異なるパッケージに内蔵されている。
【００４０】
ドライブ回路３１は、８つのトランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するように構成されている。また、ドライブ回路３１は、８つのトランジスタＱ１〜Ｑ８と制御部３２との間の経路のインピーダンスを整合するように構成されている。ドライブ回路３１は、第１駆動部１１と、第２駆動部２１とを備えている。
【００４１】
第１駆動部１１は、第１変換回路１０と電気的に接続されている。具体的に説明すると、第１駆動部１１は、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して、対応する４つのトランジスタＱ１〜Ｑ４と電気的に接続されている。
【００４２】
第１駆動部１１は、４つのトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動するように構成されている。具体的に説明すると、第１駆動部１１は、２つのトランジスタＱ１，Ｑ４と、２つのトランジスタＱ２，Ｑ３とが交互にオン状態となるように、４つのトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動するように構成されている。
【００４３】
第１駆動部１１は、４つのゲート駆動信号（以下、「第１ゲート駆動信号」）を、第１変換回路１０へ出力するように構成されている。４つの第１ゲート駆動信号の各々は、対応するトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動する信号である。４つの第１ゲート駆動信号の各々は、第１信号レベルと第２信号レベルとの２値信号により構成されている。４つの第１ゲート駆動信号の各々は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。本実施形態では、第１信号レベルが第２信号レベルよりも大きく設定され、第１信号レベルがハイレベルで、第２信号レベルがローレベルである。
【００４４】
第２駆動部２１は、第２変換回路２０と電気的に接続されている。具体的に説明すると、第２駆動部２１は、４つの抵抗Ｒ５〜Ｒ８を介して、対応する４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８と電気的に接続されている。
【００４５】
第２駆動部２１は、４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８を駆動するように構成されている。具体的に説明すると、第２駆動部２１は、２つのトランジスタＱ５，Ｑ８と、２つのトランジスタＱ６，Ｑ７とが交互にオン状態となるように、４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８を駆動するように構成されている。
【００４６】
第２駆動部２１は、４つのゲート駆動信号（以下、「第２ゲート駆動信号」）を、第２変換回路２０へ出力するように構成されている。４つの第２ゲート駆動信号の各々は、対応するトランジスタＱ５〜Ｑ８を駆動する信号である。４つの第２ゲート駆動信号の各々は、第１信号レベルと第２信号レベルとの２値信号により構成されている。４つの第２ゲート駆動信号の各々は、例えば、ＰＷＭ信号である。
【００４７】
電力変換装置１００では、第１ゲート駆動信号及び第２ゲート駆動信号の周波数が、同じ周波数に設定されている。また、電力変換装置１００では、第１ゲート駆動信号及び第２ゲート駆動信号のデューティ比が、同じデューティ比に設定されている。本実施形態では、第１ゲート駆動信号及び第２ゲート駆動信号それぞれのデューティ比を、例えば、５０％に設定してある。
【００４８】
制御部３２は、ドライブ回路３１を制御するように構成されている。言い換えれば、制御部３２は、第１駆動部１１及び第２駆動部２１を制御するように構成されている。
【００４９】
制御部３２は、例えば、マイクロコンピュータである。マイクロコンピュータは、メモリを備えている。上記メモリには、プログラムが予め記憶されている。プログラムは、上記マイクロコンピュータを制御部３２として機能させるためのプログラムである。このプログラムには、電力変換装置１００を動作させる動作モード等が記述されている。なお、プログラムは、上記メモリに予め記憶されているが、これに限らず、例えば、メモリカード等の記憶媒体に記憶して提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
【００５０】
制御部３２は、第１変換回路１０の動作と第２変換回路２０の動作とを同期させるように構成されている。具体的に説明すると、制御部３２は、４つのトランジスタＱ１〜Ｑ４それぞれのスイッチング動作と、４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８それぞれのスイッチング動作とが同期するように、第１駆動部１１及び第２駆動部２１を制御する。
【００５１】
また、制御部３２は、第１ゲート駆動信号の位相と第２ゲート駆動信号の位相とを調整するように構成されている。
【００５２】
一例を挙げて説明すると、制御部３２は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の位相を、トランジスタＱ１を駆動する第１ゲート駆動信号の位相よりも遅らせる。また、制御部３２は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、トランジスタＱ６を駆動する第２ゲート駆動信号の位相を、トランジスタＱ２を駆動する第１ゲート駆動信号の位相よりも遅らせる。
【００５３】
制御部３２は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、トランジスタＱ１を駆動する第１ゲート駆動信号の位相を、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の位相よりも遅らせる。また、制御部３２は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、トランジスタＱ２を駆動する第１ゲート駆動信号の位相を、トランジスタＱ６を駆動する第２ゲート駆動信号の位相よりも遅らせる。
【００５４】
トランジスタＱ３を駆動する第１ゲート駆動信号の位相とトランジスタＱ７を駆動する第２ゲート駆動信号の位相との関係は、トランジスタＱ２を駆動する第１ゲート駆動信号の位相とトランジスタＱ６を駆動する第２ゲート駆動信号の位相との関係と同じである。
【００５５】
トランジスタＱ４を駆動する第１ゲート駆動信号の位相とトランジスタＱ８を駆動する第２ゲート駆動信号の位相との関係は、トランジスタＱ１を駆動する第１ゲート駆動信号の位相とトランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の位相との関係と同じである。
【００５６】
以下では、電力変換装置１００に関し、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するときの動作について、説明する。なお、蓄電池６０は、予め充電されており、蓄電池６０が第１直流電圧Ｖｄ１を出力するものとして説明する。
【００５７】
制御部３２は、２つのトランジスタＱ１，Ｑ４と、２つのトランジスタＱ２，Ｑ３とが交互にオン状態となるように、第１駆動部１１を制御する。よって、第１変換回路１０は、第１直流電圧Ｖｄ１を第１交流電圧Ｖａ１に変換するインバータ回路として動作する。
【００５８】
電力変換装置１００では、第１変換回路１０からの第１交流電圧Ｖａ１が共振回路３３によって共振し、共振回路３３により共振した電圧がトランスＴ１の第１巻線Ｌ１に印加される。これにより、電力変換装置１００では、トランスＴ１の巻数比に応じてトランスＴ１の第２巻線Ｌ２に第１誘起電圧（第２交流電圧Ｖａ２）が発生し、第２交流電圧Ｖａ２を第２変換回路２０に入力することが可能となる。
【００５９】
制御部３２は、４つの第２ゲート駆動信号それぞれの位相を、４つの第１ゲート駆動信号それぞれの位相よりも遅らせる。また、制御部３２は、２つのトランジスタＱ５，Ｑ８と、２つのトランジスタＱ６，Ｑ７とが交互にオン状態となるように、第２駆動部２１を制御する。これにより、電力変換装置１００では、第２変換回路２０に入力された第２交流電圧Ｖａ２を第２直流電圧Ｖｄ２に変換することが可能になる。よって、電力変換装置１００では、第１変換回路１０により第１直流電圧Ｖｄ１を第１交流電圧Ｖａ１に変換した後、第２変換回路２０により第２交流電圧Ｖａ２を第２直流電圧Ｖｄ２に変換することが可能となる。その結果、電力変換装置１００では、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換することが可能となり、第２直流電圧Ｖｄ２を、直流電圧源７０に印加することが可能になる。言い換えれば、電力変換装置１００では、蓄電池６０を放電することが可能となる。
【００６０】
また、以下では、電力変換装置１００に関し、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するときの動作について、説明する。なお、直流電圧源７０が第２直流電圧Ｖｄ２を出力するものとして説明する。
【００６１】
制御部３２は、２つのトランジスタＱ５，Ｑ８と、２つのトランジスタＱ６，Ｑ７とが交互にオン状態となるように、第２駆動部２１を制御する。よって、第２変換回路２０は、第２直流電圧Ｖｄ２を第２交流電圧Ｖａ２に変換するインバータ回路として動作する。これにより、電力変換装置１００では、第２変換回路２０により変換された第２交流電圧Ｖａ２をトランスＴ１の第２巻線Ｌ２に印加することが可能となり、トランスＴ１の第１巻線Ｌ１に第２誘起電圧が発生する。
【００６２】
電力変換装置１００では、トランスＴ１の第１巻線Ｌ１で発生した第２誘起電圧が共振回路３３によって共振し、共振回路３３により共振した電圧（第１交流電圧Ｖａ１）を第１変換回路１０に入力することが可能となる。
【００６３】
制御部３２は、４つの第１ゲート駆動信号それぞれの位相を、４つの第２ゲート駆動信号それぞれの位相よりも遅らせる。また、制御部３２は、２つのトランジスタＱ１，Ｑ４と、２つのトランジスタＱ２，Ｑ３とが交互にオン状態となるように、第１駆動部１１を制御する。これにより、電力変換装置１００では、第１変換回路１０に入力された第１交流電圧Ｖａ１を第１直流電圧Ｖｄ１に変換することが可能になる。よって、電力変換装置１００では、第２変換回路２０により第２直流電圧Ｖｄ２を第２交流電圧Ｖａ２に変換した後、第１変換回路１０により第１交流電圧Ｖａ１を第１直流電圧Ｖｄ１に変換することが可能となる。その結果、電力変換装置１００では、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換することが可能となり、第１直流電圧Ｖｄ１を、蓄電池６０に印加することが可能になる。要するに、電力変換装置１００では、蓄電池６０を充電することが可能となる。
【００６４】
ところで、電力変換装置１００により第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換したとき、図２Ａ，２Ｂ及び図３Ａ，３Ｂに示すような波形図が得られる。
【００６５】
図２Ａは、電力変換装置１００の動作に関し、出力電圧に対して出力電流が遅相である場合のトランジスタＱ５のゲート電圧及び第２ゲート駆動信号それぞれの波形を表している。なお、図２Ａ中の実線は、トランジスタＱ５のゲート電圧の波形を表している。また、図２Ａ中の一点鎖線は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の波形を表している。また、図２Ａ中のＴ１は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号と、トランジスタＱ５のゲート電圧との位相差を表している。位相差Ｔ１は、例えば、１００ｎｓである。位相差Ｔ１は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の波形が立ち下がり始めた後で最初にゼロクロスする時点と、トランジスタＱ５のゲート電圧の波形が立ち下がり始めた後で最初にゼロクロスする時点との間の時間を意味する。
【００６６】
図２Ｂは、電力変換装置１００の動作に関し、出力電圧に対して出力電流が遅相である場合のトランジスタＱ５に流れる電流の波形を表している。
【００６７】
図３Ａは、電力変換装置１００の動作に関し、出力電圧に対して出力電流が進相である場合のトランジスタＱ５のゲート電圧及び第２ゲート駆動信号それぞれの波形を表している。なお、図３Ａ中の実線は、トランジスタＱ５のゲート電圧の波形を表している。また、図３Ａ中の一点鎖線は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の波形を表している。また、図３Ａ中のＴ２は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号と、トランジスタＱ５のゲート電圧との位相差を表している。位相差Ｔ２は、例えば、１７０ｎｓである。位相差Ｔ２は、トランジスタＱ５を駆動する第２ゲート駆動信号の波形が立ち下がり始めた後で最初にゼロクロスする時点と、トランジスタＱ５のゲート電圧の波形が立ち下がり始めた後で最初にゼロクロスする時点との間の時間を意味する。
【００６８】
図３Ｂは、電力変換装置１００の動作に関し、出力電圧に対して出力電流が進相である場合のトランジスタＱ５に流れる電流の波形を表している。
【００６９】
本願発明者は、図２Ａ及び図３Ａに示す波形図から、電力変換装置１００では、進相時の位相差Ｔ２が、遅相時の位相差Ｔ１よりも大きくなるという知見を得た。また、本願発明者は、図３Ａ，３Ｂに示す波形図から、電力変換装置１００では、出力電流が進相である場合に、トランジスタＱ５がオン状態からオフ状態になった後、トランジスタＱ５に比較的大きなリカバリー電流が発生するという知見を得た。
【００７０】
そこで、第１駆動部１１は、検出回路１２と、判定回路１３とを備えている。また、第２駆動部２１は、検出回路２２と、判定回路２３とを備えている。
【００７１】
ドライブ回路３１は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、位相差Ｔ２が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている。言い換えれば、第２駆動部２１は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている。上記所定値は、例えば、１００ｎｓ〜１６０ｎｓの範囲内の値に設定されている。
【００７２】
検出回路２２は、トランジスタＱ５のゲート電圧（ゲート−ソース間電圧）を検出するように構成されている。検出回路２２は、例えば、抵抗分圧回路である。検出回路２２は、判定回路２３と電気的に接続されている。
【００７３】
判定回路２３は、第２駆動部２１から出力された第２ゲート駆動信号と、検出回路２２により検出されたトランジスタＱ５のゲート電圧との位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きいか否かを判定するように構成されている。
【００７４】
第２駆動部２１は、判定回路２３により位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。つまり、制御回路３０は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。
【００７５】
これにより、電力変換装置１００では、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを検出することが可能になる。
【００７６】
また、電力変換装置１００では、上記所定値を小さく設定することによって、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを予防することが可能となる。すなわち、上記所定値が現に進相となるときの位相差よりも小さく設定されていれば、制御回路３０は、実際に進相へ突入する前に、進相と判定することができる。これにより、電力変換装置１００では、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを予防することが可能になる。
【００７７】
また、電力変換装置１００では、制御回路３０が、位相差Ｔ２と上記所定値とに基づいて、出力電圧に対して出力電流が進相であるか否かを判定するように構成されている。よって、電力変換装置１００では、出力電流が進相であるか否かを判定するのに、数Ｖ程度の小さな電圧（弱電圧）を扱うことになる。これにより、電力変換装置１００では、比較的大きな出力電流及び出力電圧に基づいて出力電流が進相であるか否かを判定する構成に比べて、出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能になり、信頼性を向上させることが可能となる。
【００７８】
なお、ドライブ回路３１は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きい場合に、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するが、これに限らない。ドライブ回路３１は、例えば、トランジスタＱ６を駆動する第２ゲート駆動信号と、トランジスタＱ６のゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合に、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定してもよい。すなわち、ドライブ回路３１は、４つのトランジスタＱ５〜Ｑ８のうち１つのトランジスタを駆動する第２ゲート駆動信号と、この１つのトランジスタのゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電流が進相であると判定すればよい。
【００７９】
また、制御回路３０のドライブ回路３１は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合、第２ゲート駆動信号の信号レベルを維持するように構成されている。言い換えれば、ドライブ回路３１は、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合、第２ゲート駆動信号の信号レベルを変化させないように構成されている。要するに、第２駆動部２１は、判定回路２３により位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、図３Ａに示すように、第２ゲート駆動信号の信号レベルをローレベルで止める。
【００８０】
これにより、電力変換装置１００では、第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合に、トランジスタＱ５がスイッチング動作するのを防ぐことが可能になる。よって、電力変換装置１００では、出力電流が進相であると判定された場合に、トランジスタＱ５がハードスイッチングするのを抑制することが可能となり、トランジスタＱ５の長寿命化を図ることが可能となる。なお、第２駆動部２１は、判定回路２３により位相差Ｔ２が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、第２ゲート駆動信号の信号レベルをローレベルで止めているが、第２ゲート駆動信号の信号レベルをハイレベルで止めてもよい。
【００８１】
ドライブ回路３１は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、トランジスタＱ３を駆動する第１ゲート駆動信号と、トランジスタＱ３のゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。言い換えれば、第１駆動部１１は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、トランジスタＱ３を駆動する第１ゲート駆動信号と、トランジスタＱ３のゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電流が進相であると判定する。
【００８２】
検出回路１２及び判定回路１３は、図１に示すように、検出回路２２及び判定回路２３と符号が異なる点を除いて、検出回路２２及び判定回路２３と同じ構成である。ゆえに、検出回路１２及び判定回路１３の各々に関する詳細な説明は省略する。
【００８３】
第１駆動部１１は、判定回路１３によって、トランジスタＱ３を駆動する第１ゲート駆動信号とトランジスタＱ３のゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。つまり、制御回路３０は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、上記位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する。
【００８４】
これにより、電力変換装置１００では、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを検出することが可能になる。その結果、電力変換装置１００では、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するときも、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能になる。
【００８５】
ドライブ回路３１は、トランジスタＱ３を駆動する第１ゲート駆動信号と、トランジスタＱ３のゲート電圧との上記位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するが、これに限らない。ドライブ回路３１は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、トランジスタＱ４を駆動する第１ゲート駆動信号と、トランジスタＱ４のゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電流が進相であると判定してもよい。すなわち、ドライブ回路３１は、４つのトランジスタＱ１〜Ｑ４のうち１つのトランジスタを駆動する第１ゲート駆動信号と、この１つのトランジスタのゲート電圧との位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電流が進相であると判定すればよい。
【００８６】
また、制御回路３０のドライブ回路３１は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合、第１ゲート駆動信号の信号レベルを維持するように構成されている。言い換えれば、ドライブ回路３１は、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合、第１ゲート駆動信号の信号レベルを変化させないように構成されている。要するに、第１駆動部１１は、判定回路１３により上記位相差が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、第１ゲート駆動信号の信号レベルをローレベルで止める。
【００８７】
これにより、電力変換装置１００では、第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するとき、出力電流が進相であると判定された場合に、トランジスタＱ３がスイッチング動作するのを防ぐことが可能になる。よって、電力変換装置１００では、出力電流が進相であると判定された場合に、トランジスタＱ３がハードスイッチングするのを抑制することが可能となり、トランジスタＱ３の長寿命化を図ることが可能になる。なお、第１駆動部１１は、判定回路１３により上記位相差が上記所定値よりも大きいと判定されたとき、第１ゲート駆動信号の信号レベルをローレベルで止めているが、第１ゲート駆動信号の信号レベルをハイレベルで止めてもよい。
【００８８】
絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８、共振回路３３、トランスＴ１及び制御回路を備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置において、以下の進相突入予防方法を実現するアルゴリズムで上記制御回路を動作させる。上記制御回路は、例えば、汎用のマイクロコンピュータである。
【００８９】
進相突入予防方法は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するゲート駆動信号と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８のゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する方法である。
【００９０】
この進相突入予防方法によれば、上述の電力変換装置１００と同等の機能を実現することができ、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能になる。
【００９１】
なお、電力変換装置１００では、第１変換回路１０とトランスＴ１の第１巻線Ｌ１との間の経路に共振回路３３が設けられているが、トランスＴ１の第２巻線Ｌ２と第２変換回路２０との間の経路に共振回路３３が設けられていてもよい。この場合、第２直流電圧Ｖｄ２の最大値が、第１直流電圧Ｖｄ１の最大値よりも小さく設定される。
【００９２】
制御部３２は、マイクロコンピュータに限らず、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ等であってもよい。また、制御部３２は、マイクロコンピュータに限らず、例えば、制御用ＩＣであってもよい。
【００９３】
８つの絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の各々は、ノーマリオフ型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるが、例えば、ノーマリオフ型のｐチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、８つの絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８の各々は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。
【００９４】
第１変換回路１０及び第２変換回路２０の各々は、フルブリッジ回路に限らず、例えば、ハーフブリッジ回路であってもよい。
【００９５】
電力変換装置１００では、ドライブ回路３１と制御部３２とが異なるパッケージに内蔵されているが、同一のパッケージに内蔵されていてもよい。言い換えれば、ドライブ回路３１は、制御部３２の内部に設けられていてもよい。これにより、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１を、制御部３２の内部構成（ハードウェア構成及びソフトウェア構成）により形成することが可能になる。その結果、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１と制御部３２とが異なるパッケージに内蔵された場合に比べて、小型化を図ることが可能になる。
【００９６】
ただし、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１と制御部３２とが異なるパッケージに内蔵されていることによって、ドライブ回路３１を、例えばディスクリート部品（ハードウェア構成）だけで形成することが可能になる。よって、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１が、制御部３２を介さずに、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定することが可能になる。その結果、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１と制御部３２とが同一のパッケージに内蔵された場合に比べて、出力電圧に対して出力電流が進相であることを、より早く判定することが可能になる。
【００９７】
電力変換装置１００は、双方向に電圧変換を行う電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、片方向に電圧変換を行う電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。電力変換装置１００が第１直流電圧Ｖｄ１を第２直流電圧Ｖｄ２に変換するように構成されている場合は、第１変換回路１０が入力側の変換回路に対応し、第２変換回路２０が出力側の変換回路に対応する。また、電力変換装置１００が第２直流電圧Ｖｄ２を第１直流電圧Ｖｄ１に変換するように構成されている場合は、第２変換回路２０が入力側の変換回路に対応し、第１変換回路１０が出力側の変換回路に対応する。
【００９８】
ところで、電力変換装置１００では、片方向に電圧変換を行うように構成されている場合、出力側の変換回路はフルブリッジ回路やハーフブリッジ回路に限らず、例えば、ダイオードブリッジ回路であってもよい。言い換えれば、入力側の変換回路と出力側の変換回路との少なくとも一方の変換回路は、フルブリッジ回路あるいはハーフブリッジ回路であればよい。また、ドライブ回路３１は、入力側の変換回路と出力側の変換回路との少なくとも一方の変換回路を駆動するように構成されていてもよい。これにより、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１が入力側の変換回路のみを駆動するように構成されるので、簡易な構成で、小型化を図ることが可能となる。
【００９９】
電力変換装置１００は、第１直流電圧Ｖｄ１と第２直流電圧Ｖｄ２との間で電圧変換を行う電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、これに限定されず、例えば、インバータであってもよい。
【０１００】
以上説明した電力変換装置１００は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８と、共振回路３３と、トランスＴ１と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を制御する制御回路３０とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置である。制御回路３０は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するゲート駆動信号と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８のゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されている。これにより、電力変換装置１００では、出力電流が進相であるか否かを判定するのに、数Ｖ程度の小さな電圧（弱電圧）を扱うことになる。よって、電力変換装置１００では、比較的大きな出力電流及び出力電圧に基づいて出力電流が進相であるか否かを判定する構成に比べて、出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能になる。
【０１０１】
この電力変換装置１００において、制御回路３０は、上述のように、上記ゲート駆動信号により絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するドライブ回路３１と、ドライブ回路３１を制御する制御部３２とを備えていることが好ましい。ドライブ回路３１は、上記位相差が上記所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定するように構成されていることが好ましい。これにより、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１を、例えばディスクリート部品（ハードウェア構成）だけで形成することが可能になる。よって、電力変換装置１００では、ドライブ回路３１が、制御部３２を介さずに、出力電圧に対して出力電流が進相であることを判定することが可能となり、出力電流が進相であることを、より早く判定することが可能になる。
【０１０２】
この電力変換装置１００において、上記ゲート駆動信号は、上述のように、第１信号レベルと第２信号レベルとの２値信号により構成されていることが好ましい。ドライブ回路３１は、上述のように、上記進相であると判定された場合、上記ゲート駆動信号の信号レベルを維持するように構成されていることが好ましい。これにより、電力変換装置１００では、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定された場合に、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８がスイッチング動作するのを防ぐことが可能になる。よって、電力変換装置１００では、出力電流が進相であると判定された場合に、トランジスタＱ１〜Ｑ８がハードスイッチングするのを抑制することが可能となり、トランジスタＱ１〜Ｑ８の長寿命化を図ることが可能になる。
【０１０３】
以上説明した進相突入予防方法は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８と、共振回路３３と、トランスＴ１と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を制御する制御回路とを備えた電流共振型のＤＣ−ＤＣコンバータを含む電力変換装置に適用される。この進相突入予防方法は、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８を駆動するゲート駆動信号と、絶縁ゲート型トランジスタＱ１〜Ｑ８のゲート電圧との位相差が所定値よりも大きい場合、出力電圧に対して出力電流が進相であると判定する方法である。この進相突入予防方法によれば、上述の電力変換装置１００と同等の機能を実現することができ、出力電圧に対して出力電流が進相になるのを、より精度良く検出することが可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
３０  制御回路
３１  ドライブ回路
３２  制御部
３３  共振回路
１００  電力変換装置
Ｑ１〜Ｑ８  絶縁ゲート型トランジスタ
Ｔ１  トランス
【図１】
2016214017.tif 000003
【図２】
2016214017.tif 000004
【図３】
2016214017.tif 000005