(57)【要約】      （修正有）【課題】ターンオフ損失を低減することができる昇降圧変換装置、コンピュータプログラム及び昇降圧変換装置の制御方法を提供する。【解決手段】昇降圧変換装置は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０と、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタ２と、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部５０とを備える。昇降圧変換装置は、低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタ４を備え、制御部が、降圧変換時に高圧側スイッチングデバイスをオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、低圧側キャパシタを充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備える昇降圧変換装置であって、
前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを備え、
前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側キャパシタを充電する昇降圧変換装置。
【請求項２】
前記低圧側キャパシタに直列に接続した低圧側開閉素子を備え、
前記制御部は、
昇圧変換時に前記低圧側開閉素子を開状態にする請求項１に記載の昇降圧変換装置。
【請求項３】
前記高圧側スイッチングデバイスに並列に接続した高圧側キャパシタを備え、
前記制御部が、昇圧変換時に前記低圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記高圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記高圧側キャパシタを充電する請求項１又は請求項２に記載の昇降圧変換装置。
【請求項４】
前記高圧側キャパシタに直列に接続した高圧側開閉素子を備え、
前記制御部は、
降圧変換時に前記高圧側開閉素子を開状態にする請求項３に記載の昇降圧変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする第１状態、及び前記高圧側スイッチングデバイスをオフにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオンにする第２状態の間を移行する場合、前記高圧側スイッチングデバイス及び前記低圧側スイッチングデバイスを同時にオフにすべく制御する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の昇降圧変換装置。
【請求項６】
コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部として機能させ、
前記制御部は、降圧変換時に前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電すべく、前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする処理を実行するコンピュータプログラム。
【請求項７】
直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、
前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、
前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電する昇降圧変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇降圧変換装置、該昇降圧変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記昇降圧変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plugin Hybrid Electric Vehicle）及び電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）等の車両が普及している。プラグインハイブリッド車及び電気自動車等には、用途に応じて種々のバッテリを使用し、例えば、比較的高圧のバッテリ、低圧のバッテリなどが搭載されている。
【０００３】
車両の走行状態に応じて、高圧のバッテリ又は低圧のバッテリを電源として使用するため、これらの車両にはバッテリの電圧を降圧するとともにバッテリの電圧を昇圧する昇降圧変換装置が搭載されている。昇降圧変換装置として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチングデバイス、還流ダイオード、直流リアクトルなどを備えるチョッパ回路が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３２５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような昇降圧変換装置にあっては、スイッチングデバイスがオンからオフになる場合に、スイッチングデバイスに流れる電流と当該スイッチングデバイスに印加される電圧とによるターンオフ損失が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ターンオフ損失を低減することができる昇降圧変換装置、該昇降圧変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記昇降圧変換装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備える昇降圧変換装置であって、前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを備え、前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側キャパシタを充電する。
【０００８】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部として機能させ、前記制御部は、降圧変換時に前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電すべく、前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする処理を実行する。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置の制御方法は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スイッチングデバイスのターンオフ損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図２】第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ１を示す説明図である。
【図３】第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ２を示す説明図である。
【図４】降圧動作時の低圧側スイッチングデバイスの電圧・電流の一例を示す模式図である。
【図５】第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ３を示す説明図である。
【図６】第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ４を示す説明図である。
【図７】第１実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ１を示す説明図である。
【図８】第１実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ２を示す説明図である。
【図９】第２実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図１０】第３実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図１１】第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ２を示す説明図である。
【図１２】昇圧動作時の高圧側スイッチングデバイスの電圧・電流の一例を示す模式図である。
【図１３】第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ３を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ４を示す説明図である。
【図１５】第３実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ１を示す説明図である。
【図１６】第３実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ２を示す説明図である。
【図１７】第４実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図１８】第４実施形態の昇降圧変換装置の制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部とを備える昇降圧変換装置であって、前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを備え、前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側キャパシタを充電する。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する制御部として機能させ、前記制御部は、降圧変換時に前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電すべく、前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする処理を実行する。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置の制御方法は、直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスと、該高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続したインダクタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、前記高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御部が制御し、前記制御部が、降圧変換時に前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを充電する。
【００１５】
制御部は、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスのオン／オフを制御する。具体的には、制御部は、降圧変換時及び昇圧変換時に、高圧側スイッチングデバイスをオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオフにする状態と、高圧側スイッチングデバイスをオフにし、低圧側スイッチングデバイスをオンにする状態とを繰り返す。また、低圧側スイッチングデバイスに並列に接続した低圧側キャパシタを備える。
【００１６】
制御部が、降圧変換時に、高圧側スイッチングデバイスをオフからオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオンからオフにする場合、低圧側スイッチングデバイスには低圧側キャパシタが並列に接続されているため、オフからオンになった高圧側スイッチングデバイスを介して低圧側キャパシタを充電することになる。このため、低圧側スイッチングデバイスに印加される電圧は、低圧側キャパシタの電圧上昇に制限されて、立上りが遅れるので、当該電圧上昇が制限されている間に低圧側スイッチングデバイスに流れる電流が０になる。これにより、オフになった直後に低圧側スイッチングデバイスに電流が流れている間における低圧側スイッチングデバイスに印加される電圧を小さくすることができるので、低圧側スイッチングデバイスに流れる電流と印加される電圧とに起因するターンオフ損失を低減することができる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記低圧側キャパシタに直列に接続した低圧側開閉素子を備え、前記制御部は、昇圧変換時に前記低圧側開閉素子を開状態にする。
【００１８】
低圧側キャパシタに直列に接続した低圧側開閉素子を備える。制御部は、昇圧変換時に低圧側開閉素子を開状態にする。低圧側開閉素子を開状態にすることにより、低圧側スイッチングデバイスに対して低圧側キャパシタが並列に接続されていない状態とすることができる。
【００１９】
仮に、低圧側スイッチングデバイスに対して低圧側キャパシタが並列に接続されているとすると、昇圧変換時に、高圧側スイッチングデバイスをオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオフにする状態では、低圧側キャパシタが充電される。その後、制御部が、高圧側スイッチングデバイスをオフにし、低圧側スイッチングデバイスをオンにすると、低圧側キャパシタに蓄えられた電荷が低圧側スイッチングデバイスを介して放電され、低圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大する可能性がある。昇圧変換時に、低圧側スイッチングデバイスに対して低圧側キャパシタが並列に接続されていない状態とすることにより、昇圧変換時での低圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大することを防止することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記高圧側スイッチングデバイスに並列に接続した高圧側キャパシタを備え、前記制御部が、昇圧変換時に前記低圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記高圧側スイッチングデバイスをオフにする場合、前記高圧側キャパシタを充電する。
【００２１】
高圧側スイッチングデバイスに並列に接続した高圧側キャパシタを備える。
【００２２】
制御部が、昇圧変換時に、低圧側スイッチングデバイスをオフからオンにし、高圧側スイッチングデバイスをオンからオフにする場合、高圧側スイッチングデバイスには高圧側キャパシタが並列に接続されているため、オフからオンになった低圧側スイッチングデバイスを介して高圧側キャパシタを充電することになる。このため、高圧側スイッチングデバイスに印加される電圧は、高圧側キャパシタの電圧上昇に制限されて、立上りが遅れるので、当該電圧上昇が制限されている間に高圧側スイッチングデバイスに流れる電流が０になる。これにより、オフになった直後に高圧側スイッチングデバイスに電流が流れている間における高圧側スイッチングデバイスに印加される電圧を小さくすることができるので、高圧側スイッチングデバイスに流れる電流と印加される電圧とに起因するターンオフ損失を低減することができる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記高圧側キャパシタに直列に接続した高圧側開閉素子を備え、前記制御部は、降圧変換時に前記高圧側開閉素子を開状態にする。
【００２４】
高圧側キャパシタに直列に接続した高圧側開閉素子を備える。制御部は、降圧変換時に高圧側開閉素子を開状態にする。高圧側開閉素子を開状態にすることにより、高圧側スイッチングデバイスに対して高圧側キャパシタが並列に接続されていない状態とすることができる。
【００２５】
仮に、高圧側スイッチングデバイスに対して高圧側キャパシタが並列に接続されているとすると、降圧変換時に、高圧側スイッチングデバイスをオフにし、低圧側スイッチングデバイスをオンにする状態では、高圧側キャパシタが充電される。その後、制御部が、高圧側スイッチングデバイスをオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオフにすると、高圧側キャパシタに蓄えられた電荷が高圧側スイッチングデバイスを介して放電され、高圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大する可能性がある。降圧変換時に、高圧側スイッチングデバイスに対して高圧側キャパシタが並列に接続されていない状態とすることにより、降圧変換時での高圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大することを防止することができる。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記制御部は、前記高圧側スイッチングデバイスをオンにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオフにする第１状態、及び前記高圧側スイッチングデバイスをオフにし、前記低圧側スイッチングデバイスをオンにする第２状態の間を移行する場合、前記高圧側スイッチングデバイス及び前記低圧側スイッチングデバイスを同時にオフにすべく制御する。
【００２７】
制御部は、高圧側スイッチングデバイスをオンにし、低圧側スイッチングデバイスをオフにする第１状態、及び高圧側スイッチングデバイスをオフにし、低圧側スイッチングデバイスをオンにする第２状態の間を移行する場合、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを同時にオフにすべく制御する。
【００２８】
例えば、降圧変換時に、第１状態では、低圧側キャパシタが充電される。仮に、第１状態から第２状態に直接移行すると、低圧側スイッチングデバイスがオンしたときに低圧側キャパシタに蓄えられた電荷が低圧側スイッチングデバイスを介して放電され、低圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大する。そこで、第１状態から第２状態に移行する場合に、第１状態に移行する前に高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを同時にオフにすることにより、低圧側キャパシタの電荷がすべて放電されるまでの間、低圧側スイッチングデバイスをオフにし、低圧側スイッチングデバイスの電圧が０にしてから低圧側スイッチングデバイスをオンにする（第２状態にする）ことができるので、降圧変換時における低圧側スイッチングデバイスのターン損失が増大することを防止することができる。
【００２９】
また、昇圧変換時に、第２状態では、高圧側キャパシタが充電される。仮に、第２状態から第１状態に直接移行すると、高圧側スイッチングデバイスがオンしたときに高圧側キャパシタに蓄えられた電荷が高圧側スイッチングデバイスを介して放電され、高圧側スイッチングデバイスのターンオン損失が増大する。そこで、第２状態から第１状態に移行する場合に、第１状態に移行する前に、高圧側スイッチングデバイス及び低圧側スイッチングデバイスを同時にオフにすることにより、高圧側キャパシタの電荷がすべて放電されるまでの間、高圧側スイッチングデバイスをオフにし、高圧側スイッチングデバイスの電圧が０にしてから高圧側スイッチングデバイスをオンにする（第１状態にする）ことができるので、昇圧変換時における高圧側スイッチングデバイスのターン損失が増大することを防止することができる。
【００３０】
［本願発明の実施形態の詳細］
（第１実施形態）
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第１実施形態の昇降圧変換装置は、高圧側の端子Ｈ、Ｇ、低圧側の端子Ｌ、Ｇを備える。端子Ｈ、Ｇには、例えば、リチウムイオン電池などの比較的高い電圧（例えば、１２Ｖ系のバッテリに比べて高い電圧）のバッテリを接続し、端子Ｌ、Ｇには、例えば、鉛蓄電池などの比較的低い電圧（例えば、１２Ｖなど）のバッテリを接続することができる。
【００３１】
昇降圧変換装置は、端子Ｈ、Ｇ間に、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を直列に接続してある。高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０は、双方向に電流を流すことができ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを用いることができる。また、端子Ｈ、Ｇ間には、平滑用のキャパシタ１を接続してある。
【００３２】
高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０の接続点には、インダクタ２の一端を接続してあり、インダクタ２の他端は、端子Ｌに接続してある。また、端子Ｌ、Ｇ間には、平滑用のキャパシタ３を接続してある。インダクタ２の一端と接地レベル（端子Ｇのレベル）との間には、低圧側キャパシタ４を接続してある。すなわち、低圧側キャパシタ４は、低圧側スイッチングデバイス２０に並列に接続されている。
【００３３】
制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０のオン／オフを制御する。具体的には、制御部５０は、降圧変換時及び昇圧変換時に、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする状態と、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする状態とを繰り返す。
【００３４】
次に、第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧変換について説明する。図２は第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ１を示す説明図であり、図３は第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ２を示す説明図である。降圧変換時には、図２に示す状態Ｄ１と図３に示す状態Ｄ２とが繰り返される。図２に示すように、状態Ｄ１では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする。状態Ｄ１では、後述の状態Ｄ２においてインダクタ２に蓄えられたエネルギーにより、インダクタ２、端子Ｌ、Ｇ、低圧側スイッチングデバイス２０を介して電流が流れる。なお、簡便のため、図２以降では制御部５０を省略する。
【００３５】
次に、図３に示すように、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフからオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンからオフにする。図３に示す状態Ｄ２では、端子Ｈ、高圧側スイッチングデバイス１０、インダクタ２、端子Ｌ、Ｇを介して電流が流れる。この場合、低圧側スイッチングデバイス２０には低圧側キャパシタ４が並列に接続されているため、オフからオンになった高圧側スイッチングデバイス１０を介して低圧側キャパシタ４を充電することになる（図３の点線で示す電流により低圧側キャパシタ４が充電される）。
【００３６】
図４は降圧動作時の低圧側スイッチングデバイス２０の電圧・電流の一例を示す模式図である。図４において、縦軸は低圧側スイッチングデバイス２０に流れる電流Ｉ及び低圧側スイッチングデバイス２０に印加される電圧Ｖを示し、横軸は時間を示す。また、破線で示す電圧Ｖは低圧側キャパシタ４（単に、キャパシタ４とも称する）がない場合を示し、二点鎖線で示す電圧Ｖは低圧側キャパシタ４がある場合を示す。
【００３７】
図４に示すように、低圧側キャパシタ４がある場合には、低圧側スイッチングデバイス２０に印加される電圧Ｖは、低圧側キャパシタ４の電圧上昇に制限されて、立上りが遅れるので、当該電圧上昇が制限されている間に低圧側スイッチングデバイス２０に流れる電流Ｉが０になる。これにより、低圧側キャパシタ４がない場合に比較して、オフになった直後に低圧側スイッチングデバイス２０に電流Ｉが流れている間における低圧側スイッチングデバイス２０に印加される電圧Ｖを小さくすることができるので、低圧側スイッチングデバイス２０に流れる電流Ｉと印加される電圧Ｖとに起因するターンオフ損失を低減することができる。なお、図４の斜線で示す領域は、低減することができるターンオフ損失を模式的に表す。
【００３８】
図５は第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ３を示す説明図である。状態Ｄ３は、状態Ｄ２に続く状態であり、低圧側キャパシタ４が完全に充電された状態を示す。
【００３９】
図６は第１実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ４を示す説明図である。状態Ｄ４は、状態Ｄ３に続く状態であり、図６に示すように、状態Ｄ４では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにする。すなわち、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする第１状態（図３の状態Ｄ２、図５の状態Ｄ３）から高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする第２状態（図２の状態Ｄ１）へ移行する場合、第２状態へ移行する前に、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにすべく制御する。
【００４０】
例えば、降圧変換時に、状態Ｄ３（第１状態）では、低圧側キャパシタ４が充電される。仮に、状態Ｄ２及び状態Ｄ３から状態Ｄ１（第２状態）に直接移行すると、低圧側スイッチングデバイス２０がオンしたときに、低圧側キャパシタ４に蓄えられた電荷が低圧側スイッチングデバイス２０を介して放電され、低圧側スイッチングデバイス２０のターンオン損失が増大する。
【００４１】
そこで、状態Ｄ３から状態Ｄ１に移行する場合に、状態Ｄ１に移行する前に状態４（高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにする状態）にすることにより、低圧側キャパシタ４の電荷が、インダクタ２、端子Ｌ、Ｇを介して、すべて放電されるまでの間、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする。そして、低圧側スイッチングデバイス２０の電圧が０になってから低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする状態Ｄ１に移行することにより、降圧変換時における低圧側スイッチングデバイス２０のターン損失が増大することを防止することができる。
【００４２】
次に、第１実施形態の昇降圧変換装置により昇圧変換させる場合について説明する。図７は第１実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ１を示す説明図であり、図８は第１実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ２を示す説明図である。昇圧変換時には、図７に示す状態Ｕ１と図８に示す状態Ｕ２とが繰り返される。図７に示すように、状態Ｕ１では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする。この場合、電流は、端子Ｌ、インダクタ２、高圧側スイッチングデバイス１０、端子Ｈ、Ｇを介して流れる。また、低圧側キャパシタ４は充電される。
【００４３】
そして、状態Ｕ１から状態Ｕ２へ移行する場合、図８に示すように、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする。この場合、電流は、端子Ｌ、インダクタ２、低圧側スイッチングデバイス２０、端子Ｇを介して流れる。また、低圧側キャパシタ４に蓄えられた電荷が低圧側スイッチングデバイス２０を介して放電され（図８の破線で示す電流）、低圧側スイッチングデバイス２０のターンオン損失が増大する可能性がある。なお、低圧側スイッチングデバイス２０のターンオン損失は、低圧側スイッチングデバイス２０の特性、定格、昇降圧変換装置の回路構成などにより変化し得るものであり、たとえターンオン損失が存在しても、実使用上、問題がない場合もある。
【００４４】
（第２実施形態）
図９は第２実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第１実施形態の昇降圧変換装置との相違点は、低圧側キャパシタ４に直列に接続した低圧側開閉素子５を備える点である。低圧側開閉素子５としては、例えば、トランジスタ、リレーなどを用いることができる。
【００４５】
制御部５０は、昇圧変換時に低圧側開閉素子５を開状態にする。低圧側開閉素子５を開状態にすることにより、低圧側スイッチングデバイス２０に対して低圧側キャパシタ４が並列に接続されていない状態とすることができる。
【００４６】
図９に示すように、昇圧変換時の状態Ｕ２が状態Ｕ′２となり、低圧側スイッチングデバイス２０に対して低圧側キャパシタ４が並列に接続されていない状態とすることにより、低圧側キャパシタ４は充電されず、昇圧変換時での低圧側スイッチングデバイス２０のターンオン損失が増大することを防止することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図１０は第３実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第２実施形態の昇降圧変換装置との相違点は、高圧側スイッチングデバイス１０に並列に接続した高圧側キャパシタ６を備える点である。以下、第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧変換について説明する。図１０は第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ１を示す。また、図１１は第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ２を示す説明図である。
【００４８】
図１０に示すように、状態Ｕ１では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする。電流は、端子Ｌ、インダクタ２、高圧側スイッチングデバイス１０、端子Ｈ、Ｇを介して流れる。
【００４９】
次に、状態Ｕ１から状態Ｕ２へ移行する場合、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンからオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフからオンにする。この場合、電流は、端子Ｌ、インダクタ２、低圧側スイッチングデバイス２０、端子Ｇを介して流れる。また、高圧側スイッチングデバイス１０には高圧側キャパシタ６が並列に接続されているため、オフからオンになった低圧側スイッチングデバイス２０を介して高圧側キャパシタ６は充電される（図１１の破線で示す電流により充電される）。
【００５０】
なお、図１０に示す構成において、低圧側キャパシタ４及び低圧側開閉素子５を具備しない構成としてもよい。
【００５１】
図１２は昇圧動作時の高圧側スイッチングデバイス１０の電圧・電流の一例を示す模式図である。図１２において、縦軸は高圧側スイッチングデバイス１０に流れる電流Ｉ及び高圧側スイッチングデバイス１０に印加される電圧Ｖを示し、横軸は時間を示す。また、破線で示す電圧Ｖは高圧側キャパシタ６（単に、キャパシタ６とも称する）がない場合を示し、二点鎖線で示す電圧Ｖは高圧側キャパシタ６がある場合を示す。
【００５２】
図１２に示すように、高圧側キャパシタ６がある場合には、高圧側スイッチングデバイス１０に印加される電圧Ｖは、高圧側キャパシタ６の電圧上昇に制限されて、立上りが遅れるので、当該電圧上昇が制限されている間に高圧側スイッチングデバイス１０に流れる電流Ｉが０になる。これにより、高圧側キャパシタ６がない場合に比較して、オフになった直後に高圧側スイッチングデバイス１０に電流Ｉが流れている間における高圧側スイッチングデバイス１０に印加される電圧Ｖを小さくすることができるので、高圧側スイッチングデバイス１０に流れる電流Ｉと印加される電圧Ｖとに起因するターンオフ損失を低減することができる。なお、図１２の斜線で示す領域は、低減することができるターンオフ損失を模式的に表す。
【００５３】
図１３は第３実施形態の昇降圧変換装置による昇圧動作の状態Ｕ３を示す説明図である。状態Ｕ３は、状態Ｕ２に続く状態であり、高圧側キャパシタ６が完全に充電された状態を示す。
【００５４】
図１４は、状態Ｕ３に続く状態Ｕ４を示し、状態Ｕ４では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにする。すなわち、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする第２状態（図１１の状態Ｕ２、図１３の状態Ｕ３）から高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする第１状態（図１０の状態Ｕ１）へ移行する場合、第１状態へ移行する前に、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにすべく制御する。
【００５５】
昇圧変換時に、図１３の状態Ｕ３では、高圧側キャパシタ６が完全に充電される。仮に、状態Ｕ３から状態Ｕ１に直接移行すると、高圧側スイッチングデバイス１０がオンしたときに高圧側キャパシタ６に蓄えられた電荷が高圧側スイッチングデバイス１０を介して放電され、高圧側スイッチングデバイス１０のターンオン損失が増大する。
【００５６】
そこで、状態Ｕ３から状態Ｕ１に移行する場合に、状態Ｕ１に移行する前に、高圧側スイッチングデバイス１０及び低圧側スイッチングデバイス２０を同時にオフにする状態４にすることにより、高圧側キャパシタ６の電荷が、端子Ｈ、Ｇ、端子Ｌ、インダクタ２を介して、すべて放電されるまでの間、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにする。そして、高圧側スイッチングデバイス１０の電圧を０にしてから高圧側スイッチングデバイス１０をオンにする（状態Ｕ１にする）ので、昇圧変換時における高圧側スイッチングデバイス１０のターン損失が増大することを防止することができる。
【００５７】
次に、第３実施形態の昇降圧変換装置による降圧変換について説明する。図１５は第３実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ１を示す説明図であり、図１６は第３実施形態の昇降圧変換装置による降圧動作の状態Ｄ２を示す説明図である。降圧変換時には、図１５に示す状態Ｄ１と図１６に示す状態Ｄ２とが繰り返される。図１５に示すように、状態Ｄ１では、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする。この場合、電流は、インダクタ２、端子Ｌ、Ｇ、低圧側スイッチングデバイス２０を介して流れる。また、高圧側キャパシタ６は充電される。
【００５８】
そして、状態Ｄ１から状態Ｄ２へ移行する場合、図１６に示すように、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする。この場合、電流は、端子Ｈ、高圧側スイッチングデバイス１０、インダクタ２、端子Ｌ、Ｇを介して流れる。また、高圧側キャパシタ６に蓄えられた電荷が高圧側スイッチングデバイス１０を介して放電され（図１６の破線で示す電流）、高圧側スイッチングデバイス１０のターンオン損失が増大する可能性がある。なお、高圧側スイッチングデバイス１０のターンオン損失は、高圧側スイッチングデバイス１０の特性、定格、昇降圧変換装置の回路構成などにより変化し得るものであり、たとえターンオン損失が存在しても、実使用上、問題がない場合もある。
【００５９】
（第４実施形態）
図１７は第４実施形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。第３実施形態の昇降圧変換装置との相違点は、高圧側キャパシタ６に直列に接続した高圧側開閉素子７を備える点である。高圧側開閉素子７としては、例えば、トランジスタ、リレーなどを用いることができる。
【００６０】
制御部５０は、降圧変換時に高圧側開閉素子７を開状態にする。高圧側開閉素子７を開状態にすることにより、高圧側スイッチングデバイス１０に対して高圧側キャパシタ６が並列に接続されていない状態とすることができる。
【００６１】
図１７に示すように、降圧変換時の状態Ｄ２が状態Ｄ′２となり、高圧側スイッチングデバイス１０に対して高圧側キャパシタ６が並列に接続されていない状態とすることにより、高圧側キャパシタ６は充電されず、降圧変換時での高圧側スイッチングデバイス１０のターンオン損失が増大することを防止することができる。
【００６２】
次に、第４実施形態の昇降圧変換装置の制御方法について説明する。図１８は第４実施形態の昇降圧変換装置の制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。制御部５０は、降圧変換を行うか否かを判定する（Ｓ１１）。降圧変換を行う場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部５０は、高圧側開閉素子７を開にし、低圧側開閉素子５を閉にする（Ｓ１２）。
【００６３】
制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする（Ｓ１３）。次に、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする（Ｓ１４）。次に、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする（Ｓ１５）。
【００６４】
制御部５０は、降圧変換を終了するか否かを判定し（Ｓ１６）、降圧変換を終了しない場合（Ｓ１６でＮＯ）、ステップＳ１３以降の処理を続ける。
【００６５】
降圧変換を行わない場合、すなわち昇圧変換を行う場合（Ｓ１１でＮＯ）、制御部５０は、高圧側開閉素子７を閉にし、低圧側開閉素子５を開にする（Ｓ１７）。
【００６６】
制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオンにする（Ｓ１８）。次に、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオフにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする（Ｓ１９）。次に、制御部５０は、高圧側スイッチングデバイス１０をオンにし、低圧側スイッチングデバイス２０をオフにする（Ｓ２０）。
【００６７】
制御部５０は、昇圧変換を終了するか否かを判定し（Ｓ２１）、昇圧変換を終了しない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ１８以降の処理を続ける。降圧変換を終了する場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、あるいは昇圧変換を終了する場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部５０は、処理を終了する。
【００６８】
本実施の形態の昇降圧変換装置の制御方法は、制御部５０を、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などで構成し、図１８に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、コンピュータ上で昇降圧変換装置の制御方法を実現することができる。
【００６９】
上述の各実施形態によれば、例えば、低圧側キャパシタ４、低圧側開閉素子５、高圧側キャパシタ６、高圧側開閉素子７の全部又は一部を具備するだけで、スイッチングデバイスのターンオフ損失を低減することができ、複雑な回路構成、又は部品点数が多い回路構成とする必要がないので、簡便な回路構成、あるいは部品点数の少ない構成でスイッチングデバイスのターンオフ損失を低減することができる。
【００７０】
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１、３  キャパシタ
２  インダクタ
４  低圧側キャパシタ
５  低圧側開閉素子
６  高圧側キャパシタ
７  高圧側開閉素子
１０  高圧側スイッチングデバイス
２０  低圧側スイッチングデバイス
５０  制御部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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