(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＡＣインバータを備える電源装置に、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能を追加する場合において、電源装置の大型化を抑えるとともにＵＳＢ端の端子をバッテリから絶縁する。【解決手段】トランスＴと、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作によりバッテリＢから供給される直流電力をトランスＴｒの一次コイルＬ１１からトランスＴの第１の二次コイルＬ２１及び第２の二次コイルＬ２２に伝えるスイッチング回路と、第１の二次コイルＬ２１に伝わった電力を直流電力に変換する第１の電力変換回路と、第１の電力変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する第２の電力変換回路とを備えるＤＣ／ＡＣインバータ２と、第２の二次コイルＬ２２に伝わった電力をＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３とを備えて電源装置１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
第１のスイッチング素子のスイッチング動作によりバッテリから供給される直流電力を前記トランスの一次コイルから前記トランスの第１の二次コイル及び第２の二次コイルに伝えるスイッチング回路と、前記第１の二次コイルに伝わった電力を整流素子で直流電力に変換する第１の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路から出力される直流電力を第２のスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換する第２の電力変換回路とを備えるＤＣ／ＡＣインバータと、
前記第２の二次コイルに伝わった電力をＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
を備える電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を監視しながらスイッチの動作を制御することにより、前記第２の二次コイルに伝わった電力をＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換する
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置として、例えば、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを備える電源装置やＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に準拠した電力を出力する機能を備える電源装置が知られている。例えば、特許文献１または特許文献２を参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６３２５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５５５２５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、ＤＣ／ＡＣインバータを備える電源装置に、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能を追加する場合、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能を追加する分、電源装置が大型化してしまう。
【０００５】
また、ＵＳＢ規格に準拠した電力をバッテリから降圧回路を介して出力する場合、降圧回路のスイッチング素子が短絡故障すると人がＵＳＢの端子に接触することによって、人がバッテリへ感電する虞がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＤＣ／ＡＣインバータを備える電源装置に、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能を追加する場合において、電源装置の大型化を抑えるとともにＵＳＢの端子をバッテリから絶縁することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である電源装置は、トランスと、第１のスイッチング素子のスイッチング動作によりバッテリから供給される直流電力を前記トランスの一次コイルから前記トランスの第１の二次コイル及び第２の二次コイルに伝えるスイッチング回路と、前記第１の二次コイルに伝わった電力を整流素子で直流電力に変換する第１の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路から出力される直流電力を第２のスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換する第２の電力変換回路とを備えるＤＣ／ＡＣインバータと、前記第２の二次コイルに伝わった電力をＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＤＣ／ＡＣインバータを備える電源装置に、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能を追加する場合において、電源装置の大型化を抑えるとともにＵＳＢの端子をバッテリから絶縁することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の電源装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、実施形態の電源装置の一例を示す図である。
図１に示す電源装置１は、例えば、ハイブリッドカーや電動フォークリフトなどの車両に搭載される。
【００１１】
また、電源装置１は、ＤＣ入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されるバッテリＢから供給される直流電力を交流電力に変換してＡＣ出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続される負荷Ｌｏ１（例えば、パソコンやゲーム機）に供給するＤＣ／ＡＣインバータ２を備える。
【００１２】
また、電源装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ２から得られる交流電力をＵＳＢ規格（例えば、USB2.0やUSB3.0）に準拠した直流電力に変換してＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３、ＯＵＴ４に接続される負荷Ｌｏ２（例えば、スマートフォンやタブレット端末）に供給するＡＣ／ＤＣコンバータ３を備える。
【００１３】
ＤＣ／ＡＣインバータ２は、いわゆる、絶縁型のＤＣ／ＡＣインバータであって、コンデンサＣ１、Ｃ２と、スイッチング素子ＳＷ１（第１のスイッチング素子）と、スイッチング素子ＳＷ２（第１のスイッチング素子）と、スイッチング素子ＳＷ３（第２のスイッチング素子）と、スイッチング素子ＳＷ４（第２のスイッチング素子）と、スイッチング素子ＳＷ５（第２のスイッチング素子）と、スイッチング素子ＳＷ６（第２のスイッチング素子）と、トランスＴ（一次コイルＬ１１及び第１の二次コイルＬ２１）と、ダイオードＤ１（整流素子）と、ダイオードＤ２（整流素子）と、抵抗Ｒ１と、制御部２１、２２とを備える。なお、例えば、コンデンサＣ１、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、及び制御部２１によりスイッチング回路を構成する。また、例えば、ダイオードＤ１、Ｄ２及びコンデンサＣ２により第１の電力変換回路を構成する。また、例えば、スイッチング素子ＳＷ３〜ＳＷ６、抵抗Ｒ１、及び制御部２２により第２の電力変換回路を構成する。また、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。また、制御部２１、２２は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成する。
【００１４】
コンデンサＣ１の一方の端子はＤＣ入力端子ＩＮ１及びトランスＴの一次コイルＬ１１のタップＴａ１に接続され、コンデンサＣ１の他方の端子はＤＣ入力端子ＩＮ２、スイッチング素子ＳＷ１の一方の端子、及びスイッチング素子ＳＷ２の一方の端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１の他方の端子は一次コイルＬ１１の一方の端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２の他方の端子は一次コイルＬ１１の他方の端子に接続されている。トランスＴの第１の二次コイルＬ２１の一方の端子はダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。ダイオードＤ１のカソード端子はダイオードＤ２のカソード端子、コンデンサＣ２の一方の端子、スイッチング素子ＳＷ３の一方の端子、及びスイッチング素子ＳＷ４の一方の端子に接続されている。第１の二次コイルＬ２１の他方の端子はダイオードＤ２のアノード端子に接続され、第１の二次コイルＬ２１のタップＴａ２はコンデンサＣ２の他方の端子及び抵抗Ｒ１の一方の端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３の他方の端子はスイッチング素子ＳＷ５の一方の端子及びＡＣ出力端子ＯＵＴ１に接続され、スイッチング素子ＳＷ４の他方の端子はスイッチング素子ＳＷ６の一方の端子及びＡＣ出力端子ＯＵＴ２に接続されている。抵抗Ｒ１の他方の端子はスイッチング素子ＳＷ５の他方の端子及びスイッチング素子ＳＷ６の他方の端子に接続されている。
【００１５】
制御部２１は、スイッチング素子ＳＷ１をオン、スイッチング素子ＳＷ２をオフさせることと、スイッチング素子ＳＷ１をオフ、スイッチング素子ＳＷ２をオンさせることを交互に繰り返す。
【００１６】
スイッチング素子ＳＷ１がオン、スイッチング素子ＳＷ２がオフすることと、スイッチング素子ＳＷ１がオフ、スイッチング素子ＳＷ２がオンすることが交互に繰り返されると、コンデンサＣ１の一方の端子からタップＴａ１、一次コイルＬ１１、及びスイッチング素子ＳＷ１を介してコンデンサＣ１の他方の端子へ電流が流れることと、コンデンサＣ１の一方の端子からタップＴａ１、一次コイルＬ１１、及びスイッチング素子ＳＷ２を介してコンデンサＣ１の他方の端子へ電流が流れることが交互に繰り返される。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、一次コイルＬ１１に交流電流が流れる。一次コイルＬ１１に交流電力が流れると、一次コイルＬ１１、第１の二次コイルＬ２１、及び第２の二次コイルＬ２２に生じる起電力によって、第１の二次コイルＬ２１及び第２の二次コイルＬ２２にも交流電流が流れる。第１の二次コイルＬ２１に流れる交流電流はダイオードＤ１、Ｄ２により全波整流されるとともにコンデンサＣ２により平滑される。
【００１７】
制御部２２は、ＡＣ出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される電圧が所定の交流電圧になるように、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６をオン、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオフさせることと、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６をオフ、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオンさせることを交互に繰り返す。
【００１８】
スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６がオン、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５がオフすることと、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６がオフ、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンすることが交互に繰り返されると、コンデンサＣ２の一方の端子からスイッチング素子ＳＷ３、ＡＣ出力端子ＯＵＴ１、負荷Ｌｏ１、ＡＣ出力端子ＯＵＴ２、スイッチング素子ＳＷ６、及び抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の他方の端子へ電流が流れることと、コンデンサＣ２の一方の端子からスイッチング素子ＳＷ４、ＡＣ出力端子ＯＵＴ２、負荷Ｌｏ１、ＡＣ出力端子ＯＵＴ１、スイッチング素子ＳＷ５、及び抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２の他方の端子へ電流が流れることが交互に繰り返される。
【００１９】
すなわち、スイッチング回路は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作によりバッテリＢから供給される直流電力（例えば、ＤＣ１２Ｖの電力）をトランスＴの一次コイルＬ１１からトランスＴの第１の二次コイルＬ２１及び第２の二次コイルＬ２２に伝える。また、第１の電力変換回路は、第１の二次コイルＬ２１に伝わった電力（例えば、ＡＣ１００Ｖの電力）をダイオードＤ１、Ｄ２で直流電力（例えば、ＤＣ１００Ｖの電力）に変換する。また、第２の電力変換回路は、第１の電力変換回路から出力される直流電力をスイッチング素子ＳＷ３〜ＳＷ６のスイッチング動作により所定の交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖの電力）に変換する。これにより、バッテリＢから供給される直流電力を所定の交流電力に変換して負荷Ｌｏ１へ供給することができる。
【００２０】
ＡＣ／ＤＣコンバータ３は、いわゆる、非絶縁型のＡＣ／ＤＣ降圧コンバータであって、トランスＴの二次側において第１の二次コイルＬ２１の他に設けられる第２の二次コイルＬ２２と、ダイオードＤ３、Ｄ４と、バイポーラトランジスタＴｒ（スイッチ）と、コンデンサＣ３、Ｃ４と、インダクタＬと、抵抗Ｒ２と、制御部３１とを備える。なお、制御部３１は、例えば、ＩＣ、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイスにより構成する。
【００２１】
ダイオードＤ３のアノード端子は第２の二次コイルＬ２２の一方の端子に接続され、ダイオードＤ３のカソード端子はバイポーラトランジスタＴｒのコレクタ端子に接続されている。バイポーラトランジスタＴｒのベース端子はコンデンサＣ３を介して制御部３１に接続され、バイポーラトランジスタＴｒのエミッタ端子はダイオードＤ４のカソード端子及びインダクタＬの一方の端子に接続されている。インダクタＬの他方の端子はコンデンサＣ４の一方の端子及びＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３に接続されている。第２の二次コイルＬ２２の他方の端子は、抵抗Ｒ２を介してダイオードＤ４のアノード端子、コンデンサＣ４の他方の端子、及びＵＳＢ出力端子ＯＵＴ４に接続されている。
【００２２】
制御部３１は、コンデンサＣ４にかかる電圧に基づいて、第２の二次コイルＬ２２に伝わった電力がＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換されるように、バイポーラトランジスタＴｒのオン、オフを制御する。
【００２３】
バイポーラトランジスタＴｒがオンすると、第２の二次コイルＬ２２からダイオードＤ３、バイポーラトランジスタＴｒ、及びインダクタＬを介してＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３へ電流が流れる。また、バイポーラトランジスタＴｒがオフすると、ダイオードＤ４からインダクタＬを介してＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３へ電流が流れる。
【００２４】
すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を監視しながらバイポーラトランジスタＴｒの動作を制御することにより、バッテリＢからスイッチング回路及び一次コイルＬ１１を介して第２の二次コイルＬ２２に伝わった電力（例えば、ＡＣ１０Ｖの電力）をＵＳＢ規格に準拠した直流電力（例えば、ＤＣ５Ｖの電力）に変換する。これにより、バッテリＢから供給される直流電力をＵＳＢ規格に準拠した直流電力に変換して負荷Ｌｏ２へ供給することができる。
【００２５】
このように、実施形態の電源装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ２と、ＵＳＢ規格に準拠した電力を出力する機能としてのＡＣ／ＤＣコンバータ３とを備え、コンデンサＣ１、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、及び制御部２１からなるスイッチング回路やトランスＴの一次コイルＬ１１を、ＤＣ／ＡＣインバータ２とＡＣ／ＤＣコンバータ３とで共用する構成であるため、大型化を抑えることができる。
【００２６】
また、実施形態の電源装置１は、大型化を抑えることができる分、安価に構成することができる。
また、実施形態の電源装置１は、バッテリＢから供給される電力をトランスＴを介してＡＣ／ＤＣコンバータ３へ供給する構成であるため、バッテリＢとＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３、ＯＵＴ４とを絶縁することができる。このため、人がＵＳＢ出力端子ＯＵＴ３、ＯＵＴ４に接触することによるバッテリＢへの感電を防止することができる。
【００２７】
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、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。
【００２８】
例えば、バッテリＢは車載の高圧バッテリでもよいし、低圧バッテリでもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１  電源装置
２  ＤＣ／ＡＣインバータ
３  ＡＣ／ＤＣコンバータ
２１、２２、３１  制御部
【図１】
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