(57)【要約】【課題】上アームのスイッチ素子を駆動させるためにブートストラップ回路を用いたとしても、電力変換回路の効率を低下させないようにでき、更に電源の電源電圧に依存しない電力変換装置を提供する。【解決手段】フルブリッジ回路を備える電力変換回路と、第一のスイッチ素子Ｑ１から第四のスイッチ素子Ｑ４に接続される第一の駆動回路２０１、第二の駆動回路２０２、第三の駆動回路２０３、第四の駆動回路２０４と、駆動電源２０７と、第一の駆動回路２０１、第二の駆動回路２０２、第三の駆動回路２０３、第四の駆動回路２０４を制御する制御回路２０５と、第二のコンデンサＣ２を充電したのち第一のコンデンサＣ１を充電する第一のブートストラップ回路２０６ａと、第四のコンデンサＣ４を充電したのち第三のコンデンサＣ３を充電する第二のブートストラップ回路２０６ｂと、を備える電力変換装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のスイッチ素子の第一の端子が一方の入出力端子と接続され、前記第一のスイッチ素子の第二の端子が第二のスイッチ素子の第一の端子とコイルの一方の端子に接続され、第三のスイッチ素子の第一の端子が他方の入出力端子と接続され、前記第三のスイッチ素子の第二の端子が第四のスイッチ素子の第一の端子と前記コイルの他方の端子に接続され、前記第二のスイッチ素子の第二の端子と前記第四のスイッチ素子の第二の端子とがグランドに接続される電力変換回路と、
前記第一のスイッチ素子の制御端子に接続される第一の駆動回路と、
前記第二のスイッチ素子の制御端子に接続される第二の駆動回路と、
前記第三のスイッチ素子の制御端子に接続される第三の駆動回路と、
前記第四のスイッチ素子の制御端子に接続される第四の駆動回路と、
正極端子が前記第二の駆動回路と前記第四の駆動回路それぞれの電源端子に接続され、負極端子が前記グランドに接続される駆動電源と、
前記第一の駆動回路、前記第二の駆動回路、前記第三の駆動回路及び前記第四の駆動回路を制御する制御回路と、
第一のコンデンサの一方の端子が前記コイルの一方の端子と第一の充電駆動回路の第一の電力供給端子に接続され、前記第一の充電駆動回路の第二の電力供給端子は前記グランドに接続され、前記第一の充電駆動回路の入力端子は前記制御回路に接続され、前記第一のコンデンサの他方の端子が第一の駆動回路の電力供給端子と第一のダイオードのカソード端子に接続され、前記第一のダイオードのアノード端子が第二のダイオードのカソード端子と第二のコンデンサの一方の端子に接続され、前記第二のダイオードのアノード端子は前記駆動電源の正極端子に接続され、前記第二のコンデンサの他方の端子が前記第一の充電駆動回路の出力端子に接続される第一のブートストラップ回路と、
第三のコンデンサの一方の端子が前記コイルの他方の端子と第二の充電駆動回路の第三の電力供給端子に接続され、前記第二の充電駆動回路の第四の電力供給端子は前記グランドに接続され、前記第二の充電駆動回路の入力端子は前記制御回路に接続され、前記第三のコンデンサの他方の端子が第三の駆動回路の電力供給端子と第三のダイオードのカソード端子に接続され、前記第三のダイオードのアノード端子が第四のダイオードのカソード端子と第四のコンデンサの一方の端子に接続され、前記第四のダイオードのアノード端子は前記駆動電源の正極端子に接続され、前記第四のコンデンサの他方の端子が前記第二の充電駆動回路の出力端子に接続される第二のブートストラップ回路と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御回路は、
前記第一のスイッチ素子を駆動継続状態にし、前記第二のスイッチ素子を停止継続状態にし、前記第三のスイッチ素子と前記第四のスイッチ素子とを駆動と停止をさせる切り替え制御をする場合、前記第一の充電駆動回路の入力端子に、前記第二のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、前記駆動電源から前記第二のダイオードを介して前記第二のコンデンサを充電させ、前記第二のコンデンサが充電された後、前記第一の充電駆動回路の入力端子に、前記第一のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、充電された前記第二のコンデンサから前記第一のダイオードを介して前記第一のコンデンサを充電させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御回路は、
前記第三のスイッチ素子を駆動継続状態にし、前記第四のスイッチ素子を停止継続状態にし、前記第一のスイッチ素子と前記第二のスイッチ素子とを駆動と停止をさせる切り替え制御をする場合、前記第二の充電駆動回路の入力端子に、前記第四のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、前記駆動電源から前記第四のダイオードを介して前記第四のコンデンサを充電させ、前記第四のコンデンサが充電された後、前記第二の充電駆動回路の入力端子に、前記第三のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、充電された前記第四のコンデンサから前記第三のダイオードを介して前記第三のコンデンサを充電させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、減速する際に回生エネルギーを充放電可能なストレージに蓄電する、回生エネルギー蓄電システムを搭載した車両が普及している。例えば、このような回生エネルギー蓄電システムは、オルタネータ、バッテリ、電力変換装置、充放電可能なストレージ、スタータなどを備えている。そして、この回生エネルギー蓄電システムで用いられる電力変換装置は、バッテリとストレージとの間に接続される、電力変換回路（フルブリッジ回路：Ｈブリッジ回路）を備える双方向昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータなどが考えられる。
【０００３】
ところが、フルブリッジ回路を備えた双方向昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動するためには、下アームのスイッチ素子を駆動させる一つの駆動電源（グランド基準の駆動電源）と、それとは別に上アームのスイッチ素子それぞれを駆動させる二つの駆動電源（グランドを基準としないフローティング駆動電源）が必要となる。なお、駆動電源として、例えば、スイッチング電源などが考えられる。しかし、駆動電源を増やすと回路構成が複雑になるため、設計が煩雑になるとともに価格の上昇にも繋がる。そこで、上アームのスイッチ素子それぞれにブートストラップ回路を用いる方法が提案されている。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、ブートストラップ回路を備えた電力変換装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０８５３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上アームのスイッチ素子それぞれにブートストラップ回路を用いる方法では、上アームのスイッチ素子が駆動しているときにブートストラップ回路のブートストラップコンデンサを充電させる必要があるが、上アームのスイッチ素子を常に駆動させておくことができない。そのため常にすべてのスイッチ素子の駆動と停止を切り替えさせる制御をするか、又は、ブートストラップコンデンサを充電させるときに下アームのスイッチ素子を定期的に駆動させる制御をしなければならない。すなわち、スイッチング周波数より低い、例えば１００Ｈｚから１０ｋＨｚ程度の周波数で、定期的にブートストラップコンデンサを充電させなければならない。しかし、いずれの場合にも、スイッチ素子を駆動させるためスイッチング損失が増加し、電力変換装置の効率低下に繋がる。なお、定期的に下アームのスイッチ素子を駆動させるスイッチング周波数が可聴域である場合には音が発生する。
【０００７】
また、従来の電力変換装置のブートストラップ回路は、電力変換装置に接続される電源の電源電圧（例えば、バッテリなど）に依存しているため、異なる電源電圧の電源が電力変換装置に接続された場合ブートストラップ回路を利用することができない。
【０００８】
本発明の一側面に係る目的は、上アームのスイッチ素子を駆動させるためにブートストラップ回路を用いたとしても、電力変換回路の効率を低下させないようにでき、更に電源の電源電圧に依存しない電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る一つの形態である電力変換装置は、電力変換回路と、第一のスイッチ素子、第二のスイッチ素子、第三のスイッチ素子及び第四のスイッチ素子と、第一の駆動回路、第二の駆動回路、第三の駆動回路及び第四の駆動回路と、駆動電源と、制御回路と、第一のブートストラップ回路と、第二のブートストラップ回路とを有する。
【００１０】
電力変換回路は、第一のスイッチ素子の第一の端子が一方の入出力端子と接続され、第一のスイッチ素子の第二の端子が第二のスイッチ素子の第一の端子とコイルの一方の端子に接続され、第三のスイッチ素子の第一の端子が他方の入出力端子と接続され、第三のスイッチ素子の第二の端子が第四のスイッチ素子の第一の端子とコイルの他方の端子に接続され、第二のスイッチ素子の第二の端子と第四のスイッチ素子の第二の端子とがグランドに接続される。
【００１１】
第一の駆動回路は、第一のスイッチ素子の制御端子に接続され、第二の駆動回路は、第二のスイッチ素子の制御端子に接続され、第三の駆動回路は、第三のスイッチ素子の制御端子に接続され、第四の駆動回路は、第四のスイッチ素子の制御端子に接続される。
【００１２】
駆動電源は、正極端子が第二の駆動回路と第四の駆動回路それぞれの電源端子に接続され、負極端子がグランドに接続される。
制御回路は、第一の駆動回路、第二の駆動回路、第三の駆動回路及び第四の駆動回路を制御する。
【００１３】
第一のブートストラップ回路は、第一のコンデンサの一方の端子がコイルの一方の端子と第一の充電駆動回路の第一の電力供給端子に接続され、第一の充電駆動回路の第二の電力供給端子はグランドに接続され、第一の充電駆動回路の入力端子は制御回路に接続され、第一のコンデンサの他方の端子が第一の駆動回路の電力供給端子と第一のダイオードのカソード端子に接続され、第一のダイオードのアノード端子が第二のダイオードのカソード端子と第二のコンデンサの一方の端子に接続され、第二のダイオードのアノード端子は駆動電源の正極端子に接続され、第二のコンデンサの他方の端子が第一の充電駆動回路の出力端子に接続される。
【００１４】
第二のブートストラップ回路は、第三のコンデンサの一方の端子がコイルの他方の端子と第二の充電駆動回路の第三の電力供給端子に接続され、第二の充電駆動回路の第四の電力供給端子はグランドに接続され、第二の充電駆動回路の入力端子は制御回路に接続され、第三のコンデンサの他方の端子が第三の駆動回路の電力供給端子と第三のダイオードのカソード端子に接続され、第三のダイオードのアノード端子が第四のダイオードのカソード端子と第四のコンデンサの一方の端子に接続され、第四のダイオードのアノード端子は駆動電源の正極端子に接続され、第四のコンデンサの他方の端子が第二の充電駆動回路の出力端子に接続される。
【００１５】
また、制御回路は、第一のスイッチ素子を駆動継続状態にし、第二のスイッチ素子を停止継続状態にし、第三のスイッチ素子と第四のスイッチ素子とを駆動と停止をさせる切り替え制御をする場合、第一の充電駆動回路の入力端子に、第二のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、駆動電源から第二のダイオードを介して第二のコンデンサを充電させ、第二のコンデンサが充電された後、第一の充電駆動回路の入力端子に、第一のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、充電された第二のコンデンサから第一のダイオードを介して第一のコンデンサを充電させる。
【００１６】
また、制御回路は、第三のスイッチ素子を駆動継続状態にし、第四のスイッチ素子を停止継続状態にし、第一のスイッチ素子と第二のスイッチ素子とを駆動と停止をさせる切り替え制御をする場合、第二の充電駆動回路の入力端子に、第四のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、駆動電源から第四のダイオードを介して第四のコンデンサを充電させ、第四のコンデンサが充電された後、第二の充電駆動回路の入力端子に、第三のコンデンサを充電することを示す信号を出力し、充電された第四のコンデンサから第三のダイオードを介して第三のコンデンサを充電させる。
【発明の効果】
【００１７】
上アームの半導体スイッチを駆動させるためにブートストラップ回路を用いたとしても、電力変換回路の効率を低下させないようにでき、更に電源の電源電圧に依存しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電力変換装置を備える回生エネルギー蓄電システムの一実施例を示す図である。
【図２】ブートストラップ回路を有する電力変換装置の一実施例を示す図である。
【図３】ブートストラップ回路を有する電力変換装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【図４】ブートストラップ回路を有する電力変換装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、電力変換装置１（双方向昇降圧型）を備える回生エネルギー蓄電システムの一実施例を示す図である。この回生エネルギー蓄電システムは、電力変換装置１、補機２、オルタネータ３、バッテリ４、充放電可能なストレージ５、スタータ６、スイッチＳＷを備えている。図１に示す回生エネルギー蓄電システムは、例えば、車両などに搭載され、車両が減速する際、オルタネータ３から電力変換装置１を介してストレージ５へ電力供給をする。すなわちストレージ５への充電をする。また、車両が走行しているときは、オルタネータ３からストレージ５への電力供給を停止又は減少させ、ストレージ５から電力変換装置１を介して補機２へ電力供給をする。すなわちストレージ５から放電をする。
【００２０】
電力変換装置１は、例えば、フルブリッジ回路を備える双方向昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータなどである。
補機２は、例えば、車両に搭載されている機器などである。
【００２１】
オルタネータ３は、不図示のエンジンにより駆動されて行われる発電と、車両が減速する際に行われる発電（回生エネルギーを出力する発電）とを行う。
バッテリ４は、例えば、鉛バッテリなどの蓄電装置である。
【００２２】
ストレージ５は、例えば、リチウムイオン電池や、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタなどの蓄電装置である。
スタータ６は、バッテリ４を電源としたエンジンを始動させるモータを備える。
【００２３】
スイッチＳＷは、イグニッションスイッチによりエンジンを始動させる初期始動時に接続され、エンジンの再始動時に遮断される。また、図１の例では、エンジンの初期始動時にバッテリ４からスイッチＳＷを介してスタータ６に電力が供給される。
【００２４】
電力変換装置１の構成について説明する。
図２は、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂを有する電力変換装置１の一実施例を示す図である。電力変換装置１は、スイッチ素子Ｑ１（第一のスイッチ素子）、スイッチ素子Ｑ２（第二のスイッチ素子）、スイッチ素子Ｑ３（第三のスイッチ素子）及びスイッチ素子Ｑ４（第四のスイッチ素子）、コイルＬからなるフルブリッジ回路と、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を駆動させる駆動回路２０１（第一の駆動回路）、駆動回路２０２（第二の駆動回路）、駆動回路２０３（第三の駆動回路）及び駆動回路２０４（第四の駆動回路）と、制御回路２０５と、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂ（第一のブートストラップ回路、第二のブートストラップ回路）と、駆動電源２０７とを備える。
【００２５】
フルブリッジ回路は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン（第一の端子）と一方の入出力端子２０９とが接続され、スイッチ素子Ｑ１のソース（第二の端子）とスイッチ素子Ｑ２のドレイン（第一の端子）とコイルＬの一方の端子とが接続され、スイッチ素子Ｑ３のドレイン（第一の端子）と他方の入出力端子２１０とが接続され、スイッチ素子Ｑ３のソース（第二の端子）とスイッチ素子Ｑ４のドレイン（第一の端子）とコイルＬの他方の端子とが接続される。スイッチ素子Ｑ２のソース（第二の端子）とスイッチ素子Ｑ４のソースはグランドに接続される。なお、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などである。
【００２６】
駆動回路２０１の入力端子は制御回路２０５の制御端子ｐ１に接続され、駆動回路２０１の出力端子はスイッチ素子Ｑ１のゲート（制御端子）に接続される。駆動回路２０２の入力端子は制御回路２０５の制御端子ｐ２に接続され、駆動回路２０２の出力端子はスイッチ素子Ｑ２のゲート（制御端子）に接続される。駆動回路２０３の入力端子は制御回路２０５の制御端子ｐ３に接続され、駆動回路２０３の出力端子はスイッチ素子Ｑ３のゲート（制御端子）に接続される。駆動回路２０４の入力端子は制御回路２０５の制御端子ｐ４に接続され、駆動回路２０４の出力端子はスイッチ素子Ｑ４のゲート（制御端子）に接続される。
【００２７】
また、駆動回路２０１は、制御回路２０５の制御端子ｐ１から出力されるＰＷＭ制御信号を取得し、ＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチ素子Ｑ１の駆動と停止をさせる。駆動回路２０２は、制御回路２０５の制御端子ｐ２から出力されるＰＷＭ制御信号を取得し、ＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチ素子Ｑ２の駆動と停止をさせる。駆動回路２０３は、制御回路２０５の制御端子ｐ３から出力されるＰＷＭ制御信号を取得し、ＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチ素子Ｑ３の駆動と停止をさせる。駆動回路２０４は、制御回路２０５の制御端子ｐ４から出力されるＰＷＭ制御信号を取得し、ＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチ素子Ｑ４の駆動と停止をさせる。
【００２８】
制御回路２０５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などを用いて構成される回路である。制御回路２０５の制御端子ｐ５は、制御線により、ブートストラップ回路２０６ａの充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７に接続されている。制御回路２０５の制御端子ｐ６は、制御線により、ブートストラップ回路２０６ｂの充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８に接続されている。
【００２９】
ブートストラップ回路２０６ａは、充電駆動回路２０８ａ（第一の充電駆動回路）、コンデンサＣ１（第一のコンデンサ：ブートストラップコンデンサ）、コンデンサＣ２（第二のコンデンサ）、ダイオードＤ１（第一のダイオード）、ダイオードＤ２（第二のダイオード）、抵抗素子Ｒ１を備えている。ブートストラップ回路２０６ｂは、充電駆動回路２０８ｂ（第二の充電駆動回路）、コンデンサＣ３（第三のコンデンサ：ブートストラップコンデンサ）、コンデンサＣ４（第四のコンデンサ）、ダイオードＤ３（第三のダイオード）、ダイオードＤ４（第四のダイオード）、抵抗素子Ｒ２を備えている。駆動電源２０７は、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を駆動させるとともに、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂに電力を供給するための電源である。例えば、スイッチング電源やレギュレータ回路を用いた安定化電源である。
【００３０】
ブートストラップ回路２０６ａの構成について説明する。
充電駆動回路２０８ａの電力供給端子ｐ９（第一の電力供給端子）はコンデンサＣ１の一方の端子とコイルＬの一方の端子と接続される。充電駆動回路２０８ａの電力供給端子ｐ１０（第二の電力供給端子）はグランドに接続される。充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７は制御回路２０５の制御端子ｐ５に接続される。コンデンサＣ１の他方の端子は駆動回路２０１の電力供給端子とダイオードＤ１のカソード端子に接続され、ダイオードＤ１のアノード端子がダイオードＤ２のカソード端子と抵抗Ｒ１の一方の端子に接続される。ダイオードＤ２のアノード端子は駆動電源２０７の正極端子に接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子がコンデンサＣ２の一方の端子に接続される。コンデンサＣ２の他方の端子が充電駆動回路２０８ａの出力端子ｐ１１に接続される。
【００３１】
ブートストラップ回路２０６ｂの構成について説明する。
充電駆動回路２０８ｂの電力供給端子ｐ１２（第三の電力供給端子）はコンデンサＣ３の一方の端子とコイルＬの他方の端子と接続される。充電駆動回路２０８ｂの電力供給端子ｐ１３（第四の電力供給端子）はグランドに接続される。充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８は制御回路２０５の制御端子ｐ６に接続される。コンデンサＣ３の他方の端子は駆動回路２０３の電力供給端子とダイオードＤ３のカソード端子に接続され、ダイオードＤ３のアノード端子がダイオードＤ４のカソード端子と抵抗Ｒ２の一方の端子に接続される。ダイオードＤ４のアノード端子は駆動電源２０７の正極端子に接続され、抵抗Ｒ２の他方の端子がコンデンサＣ２の一方の端子に接続される。コンデンサＣ４の他方の端子が充電駆動回路２０８ｂの出力端子ｐ１４に接続される。
【００３２】
なお、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は速度の速いダイオード、例えばショットキーバリアダイオードを用いることが好適である。また、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、電流制限用で電流がダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、充電駆動回路２０８ａ、２０８ｂの定格を超えない範囲でなるべく小さな値に設定する。
【００３３】
このように図２に示したブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂは、バッテリ４の電圧ＶＢやストレージ５の電圧ＶＣに依存しないため、バッテリ４やストレージ５の電圧が異なる仕様に変更されても利用可能となる。例えば、バッテリ４の仕様が１２Ｖ系から２４Ｖ系に変更されても電力変換装置１は利用可能となる。すなわち、電源の電源電圧に依存しない電力変換装置１を提供することができる。
【００３４】
制御回路２０５の動作について説明する。
初期始動時の制御回路２０５の動作について説明をする。例えば車両に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）から電力変換装置１を初期始動させるための初期始動指示を制御回路２０５が取得すると、制御回路２０５は下アームのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を駆動（オン）させる。スイッチ素子Ｑ２を駆動させる場合、駆動電源２０７からダイオードＤ２とダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に電流が流れ、駆動回路２０１がスイッチ素子Ｑ１を駆動（オン）させるのに必要な電圧になるまでコンデンサＣ１を充電する。また、スイッチ素子Ｑ４を駆動させる場合、駆動電源２０７からダイオードＤ４とダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３に電流が流れ、駆動回路２０３がスイッチ素子Ｑ３を駆動（オン）させるのに必要な電圧になるまでコンデンサＣ３を充電する。
【００３５】
初期始動後の制御回路２０５の動作について説明をする。図３、図４は、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂを有する電力変換装置１の動作の一実施例を示すフロー図である。図３は、電圧ＶＢを昇圧あるいは降圧させて、バッテリ４からストレージ５に充電をさせるための昇降圧指示を取得した場合のフロー図である。また、図４は、電圧ＶＣを昇圧あるいは降圧させてストレージ５からバッテリ４に充電をさせるための昇降圧指示を取得した場合のフロー図である。
【００３６】
バッテリ４からストレージ５に充電をさせる場合について説明する。
図３のステップＳ１では、制御回路２０５が昇降圧指示を取得する。例えば、車両に搭載されているＥＣＵから電力変換装置１に対して、電圧ＶＢを昇圧あるいは降圧させてバッテリ４からストレージ５に充電をさせるための昇降圧指示を制御回路２０５が取得する。
【００３７】
ステップＳ２では、制御回路２０５が電圧ＶＢ、ＶＣを取得する。例えば、図１の例であればバッテリ４の電圧ＶＢ、ストレージ５の電圧ＶＣを取得する。なお、電圧ＶＢ、ＶＣは図１に不図示の電圧計を用いて取得する。
【００３８】
ステップＳ３では、制御回路２０５は、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣ、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣ、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣであるかを判定し、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣである場合にはステップＳ４に移行し、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣである場合にはステップＳ５に移行し、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣである場合にはステップＳ６に移行する。
【００３９】
ステップＳ４では、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５が昇圧処理を実行する。すなわち、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４は、制御回路２０５の制御端子ｐ３、ｐ４から出力されるＰＷＭ制御信号それぞれに基づいて、制御回路２０５により駆動と停止を切り替える制御（スイッチング制御）がされる。また、制御回路２０５はスイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）、スイッチ素子Ｑ２を停止継続状態（全オフ）にする。図１の例であれば、制御回路２０５はバッテリ４の電圧ＶＢを昇圧し、バッテリ４からストレージ５へ電流を供給する。また、制御回路２０５はブートストラップ回路２０６ａのコンデンサＣ１を充電する制御を行う。
【００４０】
ステップＳ５では、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５が降圧処理を実行する。すなわち、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、制御回路２０５の制御端子ｐ１、ｐ２から出力されるＰＷＭ制御信号それぞれに基づいて、制御回路２０５により駆動と停止を切り替える制御（スイッチング制御）がされる。また、制御回路２０５はスイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）、スイッチ素子Ｑ４を停止継続状態（全オフ）にする。図１の例であれば、制御回路２０５はバッテリ４の電圧ＶＢを降圧し、バッテリ４からストレージ５へ電流を供給する。また、制御回路２０５はブートストラップ回路２０６ｂのコンデンサＣ３を充電する制御を行う。
【００４１】
ステップＳ６では、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５がスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３を駆動継続状態（全オン）にし、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を停止継続状態（全オフ）にし、コンデンサＣ１、Ｃ３を充電する制御を行う。ただし、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣである場合には図３に示す処理を終了してもよい。
【００４２】
ストレージ５からバッテリ４に充電をさせる場合について説明する。
図４のステップＳ４０１では、制御回路２０５が昇降圧指示を取得する。例えば、車両に搭載されているＥＣＵから電力変換装置１に対して、電圧ＶＣを昇圧あるいは降圧させてストレージ５からバッテリ４に充電をさせるための昇降圧指示を制御回路２０５が取得する。
【００４３】
ステップＳ４０２では、制御回路２０５が電圧ＶＢ、ＶＣを取得する。例えば、図１の例であればバッテリ４の電圧ＶＢ、ストレージ５の電圧ＶＣを取得する。なお、電圧ＶＢ、ＶＣは図１に不図示の電圧計を用いて取得する。
【００４４】
ステップＳ４０３では、制御回路２０５は、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣ、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣ、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣであるかを判定し、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣである場合にはステップＳ４０４に移行し、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣである場合にはステップＳ４０５に移行し、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣである場合にはステップＳ４０６に移行する。
【００４５】
ステップＳ４０４では、電圧ＶＢ＜電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５が降圧処理を実行する。すなわち、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４は、制御回路２０５の制御端子ｐ３、ｐ４から出力されるＰＷＭ制御信号それぞれに基づいて、制御回路２０５により駆動と停止を切り替える制御（スイッチング制御）がされる。また、制御回路２０５はスイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）、スイッチ素子Ｑ２を停止継続状態（全オフ）にする。図１の例であれば、制御回路２０５はストレージ５の電圧ＶＣを降圧し、ストレージ５からバッテリ４へ電流を供給する。また、制御回路２０５はブートストラップ回路２０６ｂのコンデンサＣ１を充電する制御を行う。
【００４６】
ステップＳ４０５では、電圧ＶＢ＞電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５が昇圧処理を実行する。すなわち、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、制御回路２０５の制御端子ｐ１、ｐ２から出力されるＰＷＭ制御信号それぞれに基づいて、制御回路２０５により駆動と停止を切り替える制御（スイッチング制御）がされる。また、制御回路２０５はスイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）、スイッチ素子Ｑ４を停止継続状態（全オフ）にする。図１の例であれば、制御回路２０５はストレージ５の電圧ＶＣを昇圧し、ストレージ５からバッテリ４へ電流を供給する。また、制御回路２０５はブートストラップ回路２０６ｂのコンデンサＣ３を充電する制御を行う。
【００４７】
ステップＳ４０６では、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣの条件において、制御回路２０５がスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３を駆動継続状態（全オン）にし、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を停止継続状態（全オフ）にし、コンデンサＣ１、Ｃ３を充電する制御を行う。ただし、電圧ＶＢ≒電圧ＶＣである場合には図４に示す処理を終了してもよい。
【００４８】
コンデンサＣ１を充電する動作について説明をする。
スイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）を維持できるようにするコンデンサＣ１への充電は、制御回路２０５が、スイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）にし、スイッチ素子Ｑ２を停止継続状態（全オフ）にし、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４とを駆動と停止をさせる切り替え制御をしているときに行う。
【００４９】
まず、制御回路２０５は、充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７に、コンデンサＣ２を充電することを示す信号を出力する。図２の例では、スイッチ素子Ｑ１が駆動継続状態（全オン）のとき、制御回路２０５は充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７にコンデンサＣ２を充電することを示す信号としてパルス信号のＬｏを出力し、駆動電源２０７からダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２を充電させる。すなわち、スイッチ素子Ｑ１が駆動継続状態（全オン）のとき、充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７にパルス信号のＬｏが入力されると、電流が流れる経路として、駆動電源２０７の正極端子→ダイオードＤ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ２→充電駆動回路２０８ａの出力端子ｐ１１→ｐ１０→グランド→駆動電源２０７の負極端子が形成され、コンデンサＣ２が充電される。このとき、コンデンサＣ２の電圧は、駆動電源２０７の電圧Ｖ１からダイオードＤ２の順電圧ＶＦを差し引いた電圧になるまで充電される。
【００５０】
続いて、コンデンサＣ２が充電された後、スイッチ素子Ｑ１が駆動継続状態（全オン）で、制御回路２０５は、充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７に、コンデンサＣ１を充電することを示す信号を出力する。図２の例では、スイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）のとき、制御回路２０５は充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７にコンデンサＣ１を充電することを示す信号としてパルス信号のＨｉを出力し、充電されたコンデンサＣ２からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１を充電させる。すなわち、スイッチ素子Ｑ１を駆動継続状態（全オン）のとき、充電駆動回路２０８ａの入力端子ｐ７にパルス信号のＨｉが入力されると、電流が流れる経路として、コンデンサＣ２→抵抗Ｒ１→ダイオードＤ１→充電駆動回路２０８ａ→コンデンサＣ１→充電駆動回路２０８ａのｐ９→ｐ１１→コンデンサＣ２が形成され、コンデンサＣ１が充電される。このとき、コンデンサＣ１の電圧は、駆動電源２０７の電圧Ｖ１からダイオードＤ２の順電圧ＶＦとダイオードＤ１の順電圧ＶＦを差し引いた電圧になるまで充電される。
【００５１】
コンデンサＣ３を充電する動作について説明をする。
スイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）を維持できるようにするコンデンサＣ３への充電は、制御回路２０５が、スイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）にし、スイッチ素子Ｑ４を停止継続状態（全オフ）にし、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２とを駆動と停止をさせる切り替え制御をしているときに行う。
【００５２】
まず、制御回路２０５は、充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８に、コンデンサＣ４を充電することを示す信号を出力する。図２の例では、スイッチ素子Ｑ３が駆動継続状態（全オン）のとき、制御回路２０５は充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８にコンデンサＣ４を充電することを示す信号としてパルス信号のＬｏを出力し、駆動電源２０７からダイオードＤ４を介してコンデンサＣ４を充電させる。すなわち、スイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）のとき、充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８にパルス信号のＬｏが入力されると、電流が流れる経路として、駆動電源２０７の正極端子→ダイオードＤ４→抵抗Ｒ２→コンデンサＣ４→充電駆動回路２０８ｂの出力端子ｐ１４→ｐ１３→グランド→駆動電源２０７の負極端子が形成され、コンデンサＣ４が充電される。このとき、コンデンサＣ２の電圧は、駆動電源２０７の電圧Ｖ１からダイオードＤ４の順電圧ＶＦを差し引いた電圧になるまで充電される。
【００５３】
続いて、コンデンサＣ４が充電された後、スイッチ素子Ｑ３が駆動継続状態（全オン）で、制御回路２０５は、充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８に、コンデンサＣ３を充電することを示す信号を出力する。図２の例では、スイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）のとき、制御回路２０５は充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８にコンデンサＣ３を充電することを示す信号としてパルス信号のＨｉを出力し、充電されたコンデンサＣ４からダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３を充電させる。すなわち、スイッチ素子Ｑ３を駆動継続状態（全オン）のとき、充電駆動回路２０８ｂの入力端子ｐ８にパルス信号のＨｉが入力されると、電流が流れる経路として、コンデンサＣ４→抵抗Ｒ２→ダイオードＤ３→充電駆動回路２０８ｂ→コンデンサＣ３→充電駆動回路２０８ｂのｐ１２→ｐ１４→コンデンサＣ４が形成され、コンデンサＣ３が充電される。このとき、コンデンサＣ３の電圧は、駆動電源２０７の電圧Ｖ１からダイオードＤ２の順電圧ＶＦとダイオードＤ１の順電圧ＶＦを差し引いた電圧になるまで充電される。
【００５４】
なお、パルス信号のＨｉとＬｏの切り替えタイミングは所定周波数でもよいし、パルス幅を逐次計算して変更してもよい。また、パルス信号の切り替えタイミングとコンデンサＣ２、Ｃ４の容量は、上アームのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３が駆動継続状態（全オン）を維持するのに必要な電荷を供給できるように決定する。
【００５５】
以上の実施形態によれば、上アームのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３を駆動させるためにブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂを用いたとしても、電力変換回路の効率を低下させないようにできる。すなわち、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂを採用することで、上アームのスイッチ素子を駆動継続状態（全オン）にすることができるため、常にすべてのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を動作させないでよくなる。そのためコンデンサＣ１、Ｃ３を充電させるときに下アームのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を定期的に駆動しなくてもよくなる。その結果、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のスイッチング損失が削減できるので、電力変換装置１の効率を向上させることができる。また、下アームのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を定期的に駆動させなくてよいので、音の発生も抑止できる。
【００５６】
更に、下アームのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を駆動するための一つの駆動電源２０７（グランド基準の駆動電源）と、ブートストラップ回路２０６ａ、２０６ｂとを用いることにより、上アームのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３それぞれを駆動するための二つの駆動電源（グランドを基準としない駆動電源）を用意する場合に比べて、設計を簡単にできるとともに価格の上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  電力変換装置
２  補機
３  オルタネータ
４  バッテリ
５  ストレージ
６  スタータ
２０１、２０２、２０３、２０４  駆動回路
２０５  制御回路
２０６ａ、２０６ｂ  ブートストラップ回路
２０７  駆動電源
２０８ａ、２０８ｂ  充電駆動回路
２０９、２１０  入出力端子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ダイオード
Ｌ  コイル
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４  スイッチ素子
ＳＷ  スイッチ
【図１】
2017147872.tif 000003
【図２】
2017147872.tif 000004
【図３】
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【図４】
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