(57)【要約】【課題】起動時に、２次側変換回路の短絡故障を検知する電力変換方法を提供すること。【解決手段】１次側回路から２次側回路に電力を伝送し、キャパシタを充電する充電ステップと、前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定する判定ステップと、前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、前記１次側回路の駆動を停止する停止ステップと、２次側第１上アーム又は２次側第２上アームを駆動する駆動ステップと、２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、２次側第１下アーム又は２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する検知ステップと、を有する、電力変換方法。【選択図】図１
2016127694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側回路に備えられる１次側ポートと、前記１次側回路と変圧器で磁気結合し、２次側第１上アーム、２次側第２上アーム、２次側第１下アーム、２次側第２下アーム、キャパシタとを含む２次側回路に備えられる２次側ポートと、を有し、前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を変更して、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を調整する、電力変換方法であって、
前記１次側回路から前記２次側回路に電力を伝送し、前記キャパシタを充電する充電ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定する判定ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、
前記１次側回路の駆動を停止する停止ステップと、
前記２次側第１上アーム又は前記２次側第２上アームを駆動する駆動ステップと、
前記２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する検知ステップと、を有する、電力変換方法。
【請求項２】
１次側回路に備えられる１次側ポートと、前記１次側回路と変圧器で磁気結合し、２次側第１上アーム、２次側第２上アーム、２次側第１下アーム、２次側第２下アーム、キャパシタとを含む２次側回路に備えられる２次側ポートと、を有し、前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を変更して、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を調整する、電力変換方法であって、
前記１次側ポートの電圧を昇圧する昇圧ステップと、
前記キャパシタを充電する充電ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定する判定ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、
前記１次側回路の駆動を停止する停止ステップと、
前記２次側第１上アーム又は前記２次側第２上アームを駆動する駆動ステップと、
前記２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する検知ステップと、を有する、電力変換方法。
【請求項３】
前記２次側ポートの電圧に変化が有る場合に、
前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームに短絡故障が有ることを検知する検知ステップと、
警告を通知する通知ステップと、を有する、請求項１又は２に記載の電力変換方法。
【請求項４】
前記２次側ポートの電圧に変化が無い場合に、
前記２次側第１下アーム及び前記２次側第２下アームに短絡故障を無いことを検知する検知ステップと、を有する、請求項１又は２に記載の電力変換方法。
【請求項５】
前記所定値は、６０Ｖである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換方法。
【請求項６】
１次側ポートを備える１次側回路と、
２次側第１上アーム、２次側第２上アーム、２次側第１下アーム、２次側第２下アーム、キャパシタとを含む２次側ポートを備え、前記１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路と、
前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を変更することによって、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を制御する制御部と、を備える電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記１次側回路から前記２次側回路に電力を伝送し、前記キャパシタを充電し、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定し、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、前記１次側回路の駆動を停止し、前記２次側第１上アーム又は前記２次側第２上アームを駆動し、前記２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する、電力変換装置。
【請求項７】
１次側ポートを備える１次側回路と、
２次側第１上アーム、２次側第２上アーム、２次側第１下アーム、２次側第２下アーム、キャパシタとを含む２次側ポートを備え、前記１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路と、
前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を変更することによって、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を制御する制御部と、を備える電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記１次側ポートの電圧を昇圧し、
前記キャパシタを充電し、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定し、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、前記１次側回路の駆動を停止し、前記２次側第１上アーム又は前記２次側第２上アームを駆動し、前記２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する、電力変換装置。
【請求項８】
前記２次側ポートの電圧に変化が有る場合に、
前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームに短絡故障が有ることを検知し、警告を通知する、請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記２次側ポートの電圧に変化が無い場合に、
前記２次側第１下アーム及び前記２次側第２下アームに短絡故障を無いことを検知する、請求項６又は７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記所定値は、６０Ｖである、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の１次側ポートを含む１次側変換回路と、複数の２次側ポートを含み、１次側変換回路と変圧器で磁気結合する２次側変換回路との間で伝送される伝送電力を、位相差φに応じて調整する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、起動時に高圧バッテリを接続する際、２次側（高圧側）変換回路の短絡故障を検知できないと、該回路に貫通電流が流れてしまい、機器の故障等が生じる恐れがある。
【０００５】
そこで、起動時に、２次側変換回路の短絡故障を検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、一態様によれば、
１次側回路に備えられる１次側ポートと、前記１次側回路と変圧器で磁気結合し、２次側第１上アーム、２次側第２上アーム、２次側第１下アーム、２次側第２下アーム、キャパシタとを含む２次側回路に備えられる２次側ポートと、を有し、前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を変更して、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を調整する、電力変換方法であって、
前記１次側回路から前記２次側回路に電力を伝送し、前記キャパシタを充電する充電ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上であるか否かを判定する判定ステップと、
前記キャパシタの電圧が、所定値以上である場合に、
前記１次側回路の駆動を停止する停止ステップと、
前記２次側第１上アーム又は前記２次側第２上アームを駆動する駆動ステップと、
前記２次側ポートの電圧変化の有無に基づいて、前記２次側第１下アーム又は前記２次側第２下アームの短絡故障の有無を検知する検知ステップと、を有する、電力変換方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一態様によれば、起動時に、２次側変換回路の短絡故障を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電力変換装置の実施形態である電源装置の構成例を示したブロック図
【図２】制御部の構成例を示したブロック図
【図３】１次側回路及び２次側回路のスイッチング例を示したタイミングチャート
【図４】電力変換装置の故障検知方法の一例を示すフローチャート
【図５】電力変換装置の動作の一例を示すタイミングチャート
【図６】電力変換装置の動作の一例を示すタイミングチャート
【図７】電流の向きと経路の一例を矢印で示す図
【図８】電流の向きと経路の一例を矢印で示す図
【図９】電流の向きと経路の一例を矢印で示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
＜電源装置１０１の構成＞
図１は、電力変換装置の実施形態である電源装置１０１の構成例を示したブロック図である。電源装置１０１は、例えば、電源回路１０と、制御部５０と、センサ部７０とを備えた電源システムである。電源装置１０１は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車載の各負荷に配電するシステムである。このような車両の具体例として、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車などが挙げられる。
【００１１】
電源装置１０１は、例えば、１次側高電圧系負荷（例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、等）６１ａが接続される第１入出力ポート６０ａと、１次側低電圧系負荷（例えば、電子制御装置（ＥＣＵ）、電子制御ブレーキシステム（ＥＣＢ）、等）６１ｃが接続される第２入出力ポート６０ｃとを、１次側ポートとして有している。１次側低電圧系電源６２ｃ（例えば、補機バッテリ）は、１次側低電圧系電源６２ｃと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系）で動作する１次側低電圧系負荷６１ｃに電力を供給する。また、１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと異なる電圧系（例えば、１２Ｖ系よりも高い４８Ｖ系）で動作する１次側高電圧系負荷６１ａに、電源回路１０に構成される１次側変換回路２０によって昇圧された電力を供給する。１次側低電圧系電源６２ｃの具体例として、鉛バッテリ等の二次電池が挙げられる。
【００１２】
電源装置１０１は、例えば、２次側高電圧系負荷６１ｂ及び２次側高電圧系電源６２ｂ（例えば、主機バッテリ）が接続される第３入出力ポート６０ｂを、２次側ポートとして有している。２次側高電圧系電源６２ｂは、２次側高電圧系電源６２ｂと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系及び４８Ｖ系よりも高い２８８Ｖ系）で動作する２次側高電圧系負荷６１ｂに電力を供給する。
【００１３】
電源回路１０は、上述の３つの入出力ポートを有し、それらの３つの入出力ポートのうちから任意の２つの入出力ポートが選択され、当該２つの入出力ポートの間で電力変換を行う機能を有する電力変換回路である。なお、電源回路１０を備えた電源装置１０１は、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートを有し、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートのうちどの２つの入出力ポート間でも電力を変換することが可能な装置でもよい。
【００１４】
ポート電力Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｂは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂにおける入出力電力（入力電力又は出力電力）である。ポート電圧Ｖａ，Ｖｃ，Ｖｂは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂにおける入出力電圧（入力電圧又は出力電圧）である。ポート電流Ｉａ，Ｉｃ，Ｉｂは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂにおける入出力電流（入力電流又は出力電流）である。
【００１５】
電源回路１０は、第１入出力ポート６０ａに設けられるキャパシタＣ１と、第２入出力ポート６０ｃに設けられるキャパシタＣ３と、第３入出力ポート６０ｂに設けられるキャパシタＣ２とを備えている。キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の具体例として、フィルムコンデンサ、アルミニウム電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、固体高分子コンデンサなどが挙げられる。
【００１６】
キャパシタＣ１は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ３は、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ２は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と、第３入出力ポート６０ｂの低電位側の端子６２０との間に挿入される。
【００１７】
キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、電源回路１０の内部に設けられてもよいし、電源回路１０の外部に設けられてもよい。
【００１８】
電源回路１０は、１次側変換回路２０と、２次側変換回路３０とを含んで構成された電力変換回路である。なお、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０とは、１次側磁気結合リアクトル２０４を介して接続され、且つ、変圧器４００（センタータップ式変圧器）で磁気結合されている。第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃから構成される１次側ポートと、第３入出力ポート６０ｂから構成される２次側ポートとは、変圧器４００を介して接続されている。
【００１９】
１次側変換回路２０は、１次側フルブリッジ回路２００と、第１入出力ポート６０ａと、第２入出力ポート６０ｃとを含んで構成された１次側回路である。１次側フルブリッジ回路２００は、変圧器４００の１次側コイル２０２と、１次側磁気結合リアクトル２０４と、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを含んで構成された１次側電力変換部である。ここで、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。
【００２０】
１次側フルブリッジ回路２００は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３に接続される１次側正極母線２９８と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４に接続される１次側負極母線２９９とを有している。
【００２１】
１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１とを直列接続した１次側第１アーム回路２０７が取り付けられている。１次側第１アーム回路２０７は、１次側第１上アームＵ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第１電力変換回路部（１次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを直列接続した１次側第２アーム回路２１１が１次側第１アーム回路２０７と並列に取り付けられている。１次側第２アーム回路２１１は、１次側第２上アームＶ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第２電力変換回路部（１次側Ｖ相電力変換回路部）である。
【００２２】
１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍを接続するブリッジ部分には、１次側コイル２０２と１次側磁気結合リアクトル２０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍには、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第１リアクトル２０４ａの一方端が接続される。そして、１次側第１リアクトル２０４ａの他方端には、１次側コイル２０２の一方端が接続される。さらに、１次側コイル２０２の他方端には、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第２リアクトル２０４ｂの一方端が接続される。それから、１次側第２リアクトル２０４ｂの他方端が１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。なお、１次側磁気結合リアクトル２０４は、１次側第１リアクトル２０４ａと、１次側第１リアクトル２０４ａと結合係数ｋ１で磁気結合する１次側第２リアクトル２０４ｂとを含んで構成される。
【００２３】
中点２０７ｍは、１次側第１上アームＵ１と１次側第１下アーム／Ｕ１との間の１次側第１中間ノードであり、中点２１１ｍは、１次側第２上アームＶ１と１次側第２下アーム／Ｖ１との間の１次側第２中間ノードである。
【００２４】
第１入出力ポート６０ａは、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間に設けられるポートである。第１入出力ポート６０ａは、端子６１３と端子６１４とを含んで構成される。第２入出力ポート６０ｃは、１次側負極母線２９９と１次側コイル２０２のセンタータップ２０２ｍとの間に設けられるポートである。第２入出力ポート６０ｃは、端子６１４と端子６１６とを含んで構成される。
【００２５】
第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａ及び第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃは、１次側低電圧系電源６２ｃの電圧に依存して変動する。
【００２６】
センタータップ２０２ｍは、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６に接続されている。センタータップ２０２ｍは、１次側コイル２０２に構成される１次側第１巻線２０２ａと１次側第２巻線２０２ｂとの中間接続点である。
【００２７】
２次側変換回路３０は、２次側フルブリッジ回路３００と、第３入出力ポート６０ｂとを含んで構成された２次側回路である。２次側フルブリッジ回路３００は、変圧器４００の２次側コイル３０２と、２次側磁気結合リアクトル３０４と、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを含んで構成された２次側電力変換部である。ここで、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。
【００２８】
２次側フルブリッジ回路３００は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８に接続される２次側正極母線３９８と、第３入出力ポート６０ｂの低電位側の端子６２０に接続される２次側負極母線３９９とを有している。
【００２９】
２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２とを直列接続した２次側第１アーム回路３０７が取り付けられている。２次側第１アーム回路３０７は、２次側第１上アームＵ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第１電力変換回路部（２次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを直列接続した２次側第２アーム回路３１１が２次側第１アーム回路３０７と並列に取り付けられている。２次側第２アーム回路３１１は、２次側第２上アームＶ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第２電力変換回路部（２次側Ｖ相電力変換回路部）である。
【００３０】
２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍと２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍを接続するブリッジ部分には、２次側コイル３０２と２次側磁気結合リアクトル３０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍには、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第１リアクトル３０４ａの一方端が接続される。そして、２次側第１リアクトル３０４ａの他方端には、２次側コイル３０２の一方端が接続される。さらに、２次側コイル３０２の他方端には、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第２リアクトル３０４ｂの一方端が接続される。それから、２次側第２リアクトル３０４ｂの他方端が２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍに接続される。なお、２次側磁気結合リアクトル３０４は、２次側第１リアクトル３０４ａと、２次側第１リアクトル３０４ａと結合係数ｋ２で磁気結合する２次側第２リアクトル３０４ｂとを含んで構成される。
【００３１】
中点３０７ｍは、２次側第１上アームＵ２と２次側第１下アーム／Ｕ２との間の２次側第１中間ノードであり、中点３１１ｍは、２次側第２上アームＶ２と２次側第２下アーム／Ｖ２との間の２次側第２中間ノードである。
【００３２】
第３入出力ポート６０ｂは、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間に設けられるポートである。第３入出力ポート６０ｂは、端子６１８と端子６２０とを含んで構成される。
【００３３】
第３入出力ポート６０ｂのポート電圧Ｖｂは、２次側低電圧系電源６２ｂの電圧に依存して変動する。
【００３４】
センタータップ３０２ｍは、２次側コイル３０２に構成される２次側第１巻線３０２ａと２次側第２巻線３０２ｂとの中間接続点である。
【００３５】
図１において、電源装置１０１は、センサ部７０を備えている。センサ部７０は、第１乃至第３入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙを所定の検出周期で検出し、その検出した入出力値Ｙに対応する検出値Ｙｄを制御部５０に対して出力する検出手段である。検出値Ｙｄは、入出力電圧を検出して得られた検出電圧でもよいし、入出力電流を検出して得られた検出電流でもよいし、入出力電力を検出して得られた検出電力でもよい。センサ部７０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。
【００３６】
センサ部７０は、例えば、第１乃至第３入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂの少なくとも一つのポートに生ずる入出力電圧を検出する電圧検出部を有している。センサ部７０は、例えば、入出力電圧Ｖａと入出力電圧Ｖｃの少なくとも一方の検出電圧を１次側電圧検出値として出力する１次側電圧検出部と、入出力電圧Ｖｂの検出電圧を２次側電圧検出値として出力する２次側電圧検出部とを有している。
【００３７】
センサ部７０の電圧検出部は、例えば、少なくとも一つのポートの入出力電圧値をモニタする電圧センサと、該電圧センサによってモニタされた入出力電圧値に対応する検出電圧を制御部５０に対して出力する電圧検出回路とを有している。
【００３８】
電源装置１０１は、制御部５０を備えている。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。制御部５０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。
【００３９】
制御部５０は、所定の制御パラメータＸの値を変化させることによって、電源回路１０で行われる電力変換動作をフィードバック制御し、電源回路１０の第１乃至第３の各入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂにおける入出力値Ｙを調整できる。主な制御パラメータＸとして、位相差φ及びデューティ比Ｄ（オン時間δ）の２種類の制御変数が挙げられる。
【００４０】
位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。デューティ比Ｄ（オン時間δ）は、１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００に構成される各電力変換回路部でのスイッチング波形のデューティ比（オン時間）である。
【００４１】
これらの２つの制御パラメータＸは、互いに独立に制御されることが可能である。制御部５０は、位相差φ及びデューティ比Ｄ（オン時間δ）を用いた１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００のデューティ比制御及び／又は位相制御によって、電源回路１０の各入出力ポートにおける入出力値Ｙを変化させる。
【００４２】
制御部５０は、第１乃至第３入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙの検出値Ｙｄが、該ポートに設定された目標値Ｙｏに収束する値に、位相差φ又はデューティ比Ｄが変化するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。目標値Ｙｏは、例えば、各入出力ポートに接続される負荷（例えば、１次側低電圧系負荷６１ｃ等）毎に規定される駆動条件に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。目標値Ｙｏは、電力がポートから出力されるときには出力目標値として機能し、電力がポートに入力されるときには入力目標値として機能し、目標電圧値でもよいし、目標電流値でもよいし、目標電力値でもよい。
【００４３】
また、制御部５０は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間で変圧器４００を介して伝送される伝送電力Ｐが、設定された目標伝送電力に収束する値に、位相差φが変化するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。伝送電力は、電力伝送量とも呼ばれる。目標伝送電力は、例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。
【００４４】
図２は、制御部５０のブロック図である。制御部５０は、１次側変換回路２０の１次側第１上アームＵ１等の各スイッチング素子と２次側変換回路３０の２次側第１上アームＵ２等の各スイッチング素子のスイッチング制御を行う機能を有する制御部である。制御部５０は、電力変換モード決定処理部５０２と、位相差φ決定処理部５０４と、オン時間δ決定処理部５０６と、１次側スイッチング処理部５０８と、２次側スイッチング処理部５１０等を含んで構成される。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。
【００４５】
電力変換モード決定処理部５０２は、例えば、所定の外部信号（例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差を表す信号）に基づいて、次に述べる電源回路１０の電力変換モードＡ〜Ｆの中から動作モードを選択して決定する。電力変換モードは、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＡと、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＢがある。
【００４６】
そして、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＣと、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＤがある。
【００４７】
さらに、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＥと、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＦがある。
【００４８】
位相差φ決定処理部５０４は、電源回路１０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを設定する機能を有する。
【００４９】
オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０をそれぞれ昇降圧回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０のスイッチング素子のオン時間δを設定する機能を有する。
【００５０】
１次側スイッチング処理部５０８は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。
【００５１】
２次側スイッチング処理部５１０は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。
【００５２】
制御部５０は、図２に示す処理に限定されず、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間で伝送される伝送電力を制御するために必要とされる様々な処理を行うことが可能である。
【００５３】
＜電源装置１０１の動作＞
上記電源装置１０１の動作について、図１及び図２を用いて説明する。例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＤとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合には、制御部５０の電力変換モード決定処理部５０２は、電源回路１０の電力変換モードをモードＤとして決定する。このとき、第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧が１次側変換回路２０の昇圧機能によって昇圧され、その昇圧された電圧の電力が電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能によって第３入出力ポート６０ｂ側へと伝送され、第３入出力ポート６０ｂから出力される。
【００５４】
ここで、１次側変換回路２０の昇降圧機能について詳細に説明する。第２入出力ポート６０ｃと第１入出力ポート６０ａについて着目すると、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第１巻線２０２ａと、１次側第１巻線２０２ａに直列接続される１次側第１リアクトル２０４ａを介して、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍに接続される。そして、１次側第１アーム回路２０７の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には昇降圧回路が取り付けられていることとなる。
【００５５】
さらに、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第２巻線２０２ｂと、１次側第２巻線２０２ｂに直列接続される１次側第２リアクトル２０４ｂを介して、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。そして、１次側第２アーム回路２１１の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には、昇降圧回路が並列に取り付けられていることとなる。
【００５６】
次に、電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能について詳細に説明する。第１入出力ポート６０ａと第３入出力ポート６０ｂについて着目すると、第１入出力ポート６０ａには、１次側フルブリッジ回路２００が接続され、第３入出力ポート６０ｂは、２次側フルブリッジ回路３００が接続されている。そして、１次側フルブリッジ回路２００のブリッジ部分に設けられる１次側コイル２０２と、２次側フルブリッジ回路３００のブリッジ部分に設けられる２次側コイル３０２とが結合係数ｋＴで磁気結合することで、変圧器４００が巻き数１：Ｎのセンタータップ式変圧器として機能する。したがって、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを調整することで、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂに伝送させ、あるいは、第３入出力ポート６０ｂに入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａに伝送させることができる。
【００５７】
図３は、制御部５０の制御によって、電源回路１０に構成される各アームのオンオフのスイッチング波形のタイミングチャートを示す図である。図３において、Ｕ１は、１次側第１上アームＵ１のオンオフ波形であり、Ｖ１は、１次側第２上アームＶ１のオンオフ波形であり、Ｕ２は、２次側第１上アームＵ２のオンオフ波形であり、Ｖ２は、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形である。１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２下アーム／Ｖ１、２次側第１下アーム／Ｕ２、２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフ波形は、それぞれ、１次側第１上アームＵ１、１次側第２上アームＶ１、２次側第１上アームＵ２、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形を反転した波形である（図示省略）。なお、上下アームの両オンオフ波形間には、上下アームの両方がオンすることで貫通電流が流れないようにデッドタイムが設けられているとよい。また、図３において、ハイレベルがオン状態を表し、ローレベルがオフ状態を表している。
【００５８】
ここで、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比を変更することができる。例えば、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくすることで、１次側変換回路２０の昇降圧比と２次側変換回路３０の昇降圧比を等しくできる。
【００５９】
オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比が互いに等しくなるように、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくする（各オン時間δ＝１次側オン時間δ１１＝２次側オン時間δ１２＝時間値β）。
【００６０】
１次側変換回路２０の昇降圧比は、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。同様に、２次側変換回路３０の昇降圧比は、２次側フルブリッジ回路３００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。１次側変換回路２０の昇降圧比は、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間の変圧比であり、２次側変換回路３０の昇降圧比は、第３入出力ポート６０ｂと第４入出力ポート６０ｄとの間の変圧比である。
【００６１】
したがって、例えば、
１次側変換回路２０の昇降圧比
＝第２入出力ポート６０ｃの電圧／第１入出力ポート６０ａの電圧
＝δ１１／Ｔ＝β／Ｔ
２次側変換回路３０の昇降圧比
＝第４入出力ポート６０ｄの電圧／第３入出力ポート６０ｂの電圧
＝δ１２／Ｔ＝β／Ｔ
と表される。つまり、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比は互いに同じ値（＝β／Ｔ）である。
【００６２】
なお、図３のオン時間δは、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２上アームＶ１のオン時間δ１１を表すとともに、２次側第１上アームＵ２及び２次側第２上アームＶ２のオン時間δ１２を表す。また、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔと２次側フルブリッジ回路３００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔは等しい時間である。
【００６３】
また、Ｕ１とＶ１との位相差は、１８０度（π）で動作させ、Ｕ２とＶ２との位相差も１８０度（π）で動作させる。さらに、Ｕ１とＵ２の位相差φを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の間の電力伝送量Ｐを調整することができ、位相差φ＞０であれば、１次側変換回路２０から２次側変換回路３０に伝送し、位相差φ＜０であれば、２次側変換回路３０から１次側変換回路２０に伝送することができる。
【００６４】
位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。例えば、位相差φは、１次側第１アーム回路２０７と２次側第１アーム回路３０７との間でのスイッチングタイミングのずれであり、１次側第２アーム回路２１１と２次側第２アーム回路３１１との間でのスイッチングタイミングのずれである。それらのずれは互いに等しいまま制御される。つまり、Ｕ１とＵ２の位相差φ及びＶ１とＶ２の位相差φは、同じ値に制御される。
【００６５】
したがって、例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合に、電力変換モード決定処理部５０２はモードＦを選択することを決定する。そして、オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０を第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧を昇圧して第１入出力ポート６０ａに出力する昇圧回路として機能させる場合の昇圧比を規定するオン時間δを設定する。なお、２次側変換回路３０では、オン時間δ決定処理部５０６によって設定されたオン時間δによって規定された降圧比で第３入出力ポート６０ｂに入力された電圧を降圧して出力する降圧回路として機能する。さらに、位相差φ決定処理部５０４は、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を所望の電力伝送量Ｐで第３入出力ポート６０ｂに伝送するための位相差φを設定する。
【００６６】
１次側スイッチング処理部５０８は、１次側変換回路２０を昇圧回路として、かつ、１次側変換回路２０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する。
【００６７】
２次側スイッチング処理部５１０は、２次側変換回路３０を降圧回路として、かつ、２次側変換回路３０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する。
【００６８】
上記のように、１次側変換回路２０および２次側変換回路３０を昇圧回路あるいは降圧回路として機能させることができ、かつ、電源回路１０を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路としても機能させることができる。したがって、電力変換モードＡ〜Ｆの全てのモードの電力変換を行うことができ、換言すれば、３つの入出力ポートのうちから選択された２つの入出力ポート間で電力変換をすることができる。
【００６９】
制御部５０により位相差φ、等価インダクタンスＬ、等に応じて調整される伝送電力Ｐ（電力伝送量Ｐともいう）は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０において一方の変換回路から他方の変換回路に変圧器４００を介して送られる電力であり、
Ｐ＝（Ｎ×Ｖａ×Ｖｂ）／（π×ω×Ｌ）×Ｆ（Ｄ，φ）
・・・式１
で表される。
【００７０】
なお、Ｎは、変圧器４００の巻き数比、Ｖａは、第１入出力ポート６０ａの入出力電圧（１次側変換回路２０の１次側正極母線２９８と１次側正極母線２９９との間の電圧）、Ｖｂは、第３入出力ポート６０ｂの入出力電圧（２次側変換回路３０の１次側正極母線３９８と１次側正極母線３９９との間の電圧）である。πは、円周率、ω（＝２π×ｆ＝２π／Ｔ）は、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチングの角周波数である。ｆは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周波数、Ｔは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周期、Ｌは、磁気結合リアクトル２０４，３０４と変圧器４００の電力伝送に関わる等価インダクタンスである。Ｆ（Ｄ，φ）は、デューティ比Ｄと位相差φを変数とする関数であり、デューティ比Ｄに依存せずに、位相差φが増加するにつれて単調増加する変数である。デューティ比Ｄ及び位相差φは、所定の上下限値に挟まれた範囲内で変化するように設計された制御パラメータである。
【００７１】
等価インダクタンスＬは、１次側磁気結合リアクトル２０４及び／又は２次側磁気結合リアクトル３０４が接続された変圧器４００の簡易等価回路上で定義できる。等価インダクタンスＬは、簡易等価回路において、１次側磁気結合リアクトル２０４の漏れインダクタンス及び／又は２次側磁気結合リアクトルの漏れインダクタンスと、変圧器４００の漏れインダクタンスとを合成した合成インダクタンスである。
【００７２】
例えば、２次側変換回路３０側から測定される等価インダクタンスＬ（２次側換算値ＬＥＱ２）は、
ＬＥＱ２ ＝ ２Ｌ１（１−ｋ１）Ｎ２ ＋ ２Ｌ２（１−ｋ２） ＋ ＬＴ２（１−ｋＴ２）
・・・式２
と表すことができる。
【００７３】
Ｌ１は、１次側磁気結合リアクトル２０４の自己インダクタンス、ｋ１は、１次側磁気結合リアクトル２０４の結合係数、Ｎは、変圧器４００の巻き数比、Ｌ２は、２次側磁気結合リアクトル３０４の自己インダクタンス、ｋ２は、２次側磁気結合リアクトル３０４の結合係数、ＬＴ２は、変圧器４００の２次側の励磁インダクタンス、ｋＴは、変圧器４００の結合係数である。なお、第２入出力ポート６０ｃ又は第４入出力ポート６０ｄを使用しない場合、式２において、第１項又は第２項で表される漏れインダクタンスが無い場合もありうる。
【００７４】
ところで、電源装置１０１において、変圧器４００又は磁気結合リアクトル２０４，３０４のコア材や巻き線の寸法公差が比較的大きいので、結合係数ｋ１，ｋ２，ｋＴや自己インダクタンスは大きくばらつく。特に、コイル部品組み付け後は、応力や歪みにより、結合係数ｋ１，ｋ２，ｋＴ、自己インダクタンス、共にばらつきが顕著になる。この結果、等価インダクタンスＬのばらつきも大きくなり、伝送電力Ｐにもばらつきが発生する。
【００７５】
伝送電力Ｐは、式１から明らかなように、位相差φ及び等価インダクタンスＬに依存する。例えば、等価インダクタンスＬの値が大きいほど、伝送電力Ｐは小さくなり、等価インダクタンスＬの値が小さいほど、伝送電力Ｐは大きくなる。従って、制御パラメータの１つである位相差φ、等価インダクタンスＬ等を適切に調整することで、伝送電力Ｐを制御できる。
【００７６】
＜電源装置１０１の動作のフローチャート＞
図４は、電源装置１０１の起動時に、２次側変換回路３０（２次側第１下アーム／Ｕ２、２次側第２下アーム／Ｖ２、等）の短絡故障の有無を検知する方法の一例を示すフローチャートである。図４の電力変換方法は、例えば、制御部５０によって実行される。
【００７７】
ステップＳ１０において、制御部５０は、イグニッションオン（ＩＧ−ＯＮ）等に伴って、１次側変換回路２０（１次側第１上アームＵ１、１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２上アームＶ１、１次側第２下アーム／Ｖ１）をデューティ駆動し、ポート電圧Ｖａを昇圧する。ＩＧ−ＯＮとは、車両を走行可能な状態にするために、イグニッションスイッチをオンすることを指す。
【００７８】
ステップＳ２０において、制御部５０は、２次側変換回路３０により全波整流を行い、キャパシタＣ２を充電する。この際、制御部５０は、突入電流を抑制するために、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１上アームＵ２をハーフオン状態としても良い。
【００７９】
ステップＳ３０において、制御部５０は、キャパシタＣ２の電圧が、所定値以上であるか否かを判定する。キャパシタＣ２の電圧が、所定値以上である場合（ＹＥＳ）、制御部５０は、ステップＳ４０の処理を行う。キャパシタＣ２の電圧が、所定値より小さい場合（ＮＯ）、制御部５０は、再びステップＳ１０の処理を行う。所定値は、道路運送車両の保安基準等に基づいて定めることができ、例えば、５６Ｖ以上６０Ｖ以下（絶縁が不要な安全な電圧）とすることができる。
【００８０】
ステップＳ４０において、制御部５０は、１次側変換回路２０のデューティ駆動を停止する。
【００８１】
ステップＳ５０において、制御部５０は、２次側第１上アームＵ２又は２次側第２上アームＶ２を駆動する。
【００８２】
ステップＳ６０において、制御部５０は、ポート電圧Ｖｂの変化の有無を判定する。ポート電圧Ｖｂに変化が有る場合（ＹＥＳ）、制御部５０は、ステップＳ７０の処理を行う。ポート電圧Ｖｂに変化が無い場合（ＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ９０の処理を行う。
【００８３】
ポート電圧Ｖｂに変化が有る場合、変化の仕方によって、制御部５０は、２次側第１下アーム／Ｕ２、２次側第２下アーム／Ｖ２において、何れのアームが短絡故障しているかを判定することが可能である。例えば、図５（Ａ）に示すように、２次側第２上アームＶ２のオフからオンへの切り替わりに伴って、ポート電圧Ｖｂが瞬時に変化する場合、制御部５０は、２次側第２下アーム／Ｖ２が短絡故障していると判定することができる。又、例えば、図５（Ｂ）に示すように、２次側第２上アームＶ２のオフからオンへの切り替わりに伴って、ポート電圧Ｖｂが徐々に変化する場合、制御部５０は、２次側第１下アーム／Ｕ２が短絡故障していると判定することができる。
【００８４】
なお、図５（Ｂ）において、ポート電圧Ｖｂが徐々に変化するのは、相間のインダクタンス成分によるものである。判定閾値は、理論的に求めても良いし、経験的に求めても良い。２次側第２上アームＶ２をオンした後、１００ｎｓｅｃ後にポート電圧Ｖｂが半分以下になること、等を判定閾値として定めても良い。
【００８５】
ステップＳ７０において、制御部５０は、２次側第１下アーム／Ｕ２又は２次側第２下アーム／Ｖ２に短絡故障が有ることを検知する。従って、制御部５０は、電源装置１０１の通常起動を許可しない。
【００８６】
ステップＳ８０において、制御部５０は、他ＥＣＵやドライバ等に、警告を通知する。
【００８７】
ステップＳ９０において、制御部５０は、２次側第１下アーム／Ｕ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２に短絡故障が無いことを検知する。従って、制御部５０は、電源装置１０１の通常起動を許可する。
【００８８】
上述の様に、制御部５０は、起動時に高圧バッテリを接続する前に、補機バッテリから僅かな電力を、安全な電圧レベルで高圧側キャパシタへと供給し、高圧側上アーム駆動時における高圧側ポートの電圧変化に基づいて、高圧側下アームの短絡故障を検知する。これにより、高圧側回路に貫通電流が流れることでの、機器の故障等を抑制し、安全に車両を起動させることができる。又、専用検知回路、プリチャージ回路等を付加することでの手間やコストを省くことができる。
【００８９】
＜タイミングチャート及び電流の向きと経路＞
図６は、図４に示される故障検知方法により、故障検知を行う場合におけるタイミングチャートの一例である。図６の時間軸上に示されるＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０、Ｓ７０、Ｓ８０、Ｓ９０は、図４の各ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０、Ｓ７０、Ｓ８０、Ｓ９０が実行されるタイミングに対応する。又、図６において、Ｕ１、／Ｕ１等のパルス波形は、各アームのオンオフ波形を示し、Ｖａ（Ｃ１）、Ｖｂ（Ｃ２）は、それぞれ、ポート電圧Ｖａ、ポート電圧Ｖｂの電圧波形を示す。ポート電圧Ｖａは、ポート６０ａの電圧であり、キャパシタＣ１の電圧に等しい。ポート電圧Ｖｂは、ポート６０ｂの電圧であり、キャパシタＣ２の電圧に等しい。
【００９０】
図７は、図６のタイミングｔ１からタイミングｔ４までの期間で、１次側第１下アーム／Ｕ１がオンしているときのキャパシタＣ２の充電電流の向きと経路を示している。図８は、図６のタイミングｔ１からタイミングｔ４までの期間で、１次側第１上アームＵ１がオンしているときのキャパシタＣ２の充電電流の向きと経路を示している。図９は、図６のタイミングｔ５以降の期間で、２次側第１下アーム／Ｕ２に短絡故障が有り、２次側第２上アームＶ２をオンしているときの放電電流の向きと経路を示している。
【００９１】
図６のｔ１からｔ２までの間（ステップＳ１０）において、制御部５０は、１次側第１上アームＵ１、１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２上アームＶ１、１次側第２下アーム／Ｖ１をデューティ駆動し、ポート電圧Ｖａを昇圧する。例えば、１次側第１下アーム／Ｕ１がオンの場合、図７の左側矢印に示すように、１次側低電圧系電源６２ｃからポート６０ｃに入力される電力Ｐｃは、センタータップ２０２ｍ、巻線２０２ａ、リアクトル２０４ａ、１次側第１下アーム／Ｕ１を経由して、ポート６０ａへと供給される。又、例えば、１次側第１上アームＵ１がオンの場合、図８の左側矢印に示すように、１次側低電圧系電源６２ｃからポート６０ｃに入力される電力Ｐｃは、センタータップ２０２ｍ、巻線２０２ａ、リアクトル２０４ａ、１次側第１上アームＵ１を経由して、キャパシタＣ１へと供給される。
【００９２】
１次側第１上アームＵ１及び１次側第２上アームＶ１のオンデューティを長くして、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１のオンデューティを短くすることで、昇圧比を小さくできる。例えば、ポート電圧Ｖｃ＝１２Ｖに対し、通常時は、上アームのオンデューティ＝２５％と設定し、ポート電圧Ｖａ＝４８Ｖまで昇圧するが、故障検出時は、上アームのオンデューティ＝８５％と設定し、ポート電圧Ｖａ＝１４Ｖまで昇圧することで、昇圧比を小さくできる（図６のＶａ参照）。但し、ポート６０ｃには、１２Ｖバッテリが常時接続されているものとする。
【００９３】
図６のｔ２からｔ４までの間（ステップＳ２０）において、制御部５０は、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１上アームＵ２により、全波整流を行い（寄生ダイオードによるダイオードブリッジ）、キャパシタＣ２を充電する。図７及び図８の右側矢印に示すように、変圧器４００が励磁されて、２次側変換回路３０に交流電流が流れることで、ポート６０ｂに接続されるキャパシタＣ２は、充電される。
【００９４】
ポート電圧Ｖｂは、変圧器４００の巻き数比（１：Ｎ）により、定まる。例えば、巻線比１：４とすると、通常時は、ポート電圧Ｖａ＝４８Ｖが、１：４で変換されて、ポート電圧Ｖｂ＝２００Ｖとなるが、故障検出時は、ポート電圧Ｖａ＝１４Ｖが、１：４で変換されて、ポート電圧Ｖｂ＝５６Ｖ（安全な電圧）となる（図６のＶｂ参照）。
【００９５】
図６のｔ３（ステップＳ３０）において、制御部５０は、キャパシタＣ２が、想定通りに充電されているか否か（例えば、キャパシタＣ２の電圧＞５６Ｖを満たしているか否か）を確認し、キャパシタＣ２の電圧（ポート電圧Ｖｂ）を計測し、キャパシタＣ２の電圧と所定値とを、比較する。これにより、制御部５０は、キャパシタＣ２の電圧が、安全な電圧であるかを確認することができる。
【００９６】
図６のｔ４（ステップＳ４０）において、制御部５０は、キャパシタＣ２の電圧が所定値以上であることを確認した後、１次側第１上アームＵ１、１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２上アームＶ１、１次側第２下アーム／Ｖ１をオフする。
【００９７】
図６のｔ５（ステップＳ５０）において、制御部５０は、２次側第１上アームＵ２又は２次側第２上アームＶ２をオンする。
【００９８】
図６のｔ５以降（ステップＳ６０）において、制御部５０は、ポート電圧Ｖｂにおける電圧変化の有無を確認し、２次側第１下アーム／Ｕ２又は２次側第２下アーム／Ｖ２に短絡故障が有るか、無いかを検知する。
【００９９】
図６のｔ５以降（ステップＳ７０、ステップＳ８０）において、２次側第１下アーム／Ｕ２又は２次側第２下アーム／Ｖ２に短絡故障が有る（ポート電圧Ｖｂ＝０）場合、制御部５０は、電源装置１０１の通常起動を許可せず、警告を通知する。例えば、図９の矢印に示すように、キャパシタＣ２に充電された電流が、２次側第２上アームＶ２、２次側第１下アーム／Ｕ２等を経由して、ポート６０ｂへと流れる（徐々にポート電圧Ｖｂが０に近づく）場合、制御部５０は、２次側第１下アーム／Ｕ２に短絡故障が有ることを通知する（図５（Ｂ）参照）。
【０１００】
図６のｔ５以降（ステップＳ９０）において、２次側第１下アーム／Ｕ２又は２次側第２下アーム／Ｖ２に短絡故障が無い場合、制御部５０は、電源装置１０１の通常起動を許可する。
【０１０１】
以上、電力変換装置及び電力変換方法を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【０１０２】
例えば、上述の実施形態では、スイッチング素子の一例として、オンオフ動作する半導体素子であるＭＯＳＦＥＴを挙げた。しかしながら、スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの絶縁ゲートによる電圧制御型パワー素子でもよいし、バイポーラトランジスタでもよい。
【０１０３】
また、本発明は、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートを有し、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートのうちどの２つの入出力ポート間でも電力を変換することが可能な電力変換装置に適用できる。例えば、本発明は、図１に例示された３つの入出力ポートに、新たな入出力ポートを追加した構成を有する電源装置に対しても適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
２０  １次側変換回路
３０  ２次側変換回路
５０  制御部
６０ａ  第１入出力ポート
６０ｂ  第３入出力ポート
６０ｃ  第２入出力ポート
６２ｂ  ２次側高電圧系電源
６２ｃ  １次側低電圧系電源
１０１  電源装置（電力変換装置の一例）
４００  変圧器
Ｕ＊，Ｖ＊  上アーム
／Ｕ＊，／Ｖ＊  下アーム
【図１】
2016127694.tif 000003
【図２】
2016127694.tif 000004
【図３】
2016127694.tif 000005
【図４】
2016127694.tif 000006
【図５】
2016127694.tif 000007
【図６】
2016127694.tif 000008
【図７】
2016127694.tif 000009
【図８】
2016127694.tif 000010
【図９】
2016127694.tif 000011