(57)【要約】【課題】双方向の電圧変換を行う共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】ダイオードＤ１〜Ｄ４とコンデンサＣ１〜Ｃ４とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４がブリッジ構成される第１ブリッジ回路１、ダイオードＤ５〜Ｄ８とコンデンサＣ５〜Ｃ８とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がブリッジ構成された第２ブリッジ回路２、一端が第２ブリッジ回路に直列に接続される平滑リアクトルＬと、一次巻線が第１ブリッジ回路に接続され二次巻線が第２ブリッジ回路に接続される絶縁トランスＴ１、第１ブリッジ回路の両端に補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２と第１補助共振スイッチＱ１０とが直列に接続された直列回路、第２ブリッジ回路の両端に補助共振リアクトルＬｒと補助共振トランスの二次巻線Ｓ２と第２補助共振スイッチＱ９とが直列に接続された直列回路とを備える。【選択図】図１
2017005782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ダイオードと第１コンデンサとを並列に接続した第１スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成される第１ブリッジ回路と、
第２ダイオードと第２コンデンサとを並列に接続した第２スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第２ブリッジ回路と、
一端が前記第２ブリッジ回路に直列に接続される平滑リアクトルと、
一次巻線が前記第１ブリッジ回路に接続され、二次巻線が前記第２ブリッジ回路に接続される絶縁トランスと、
前記第１ブリッジ回路の両端に、補助共振トランスの一次巻線と第１補助共振スイッチとが直列に接続された第１直列回路と、
前記第２ブリッジ回路の両端に、補助共振リアクトルと前記補助共振トランスの二次巻線と第２補助共振スイッチとが直列に接続された第２直列回路と、
を備えることを特徴とする共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記第１ブリッジ回路をブリッジコンバータとして動作させ、前記第２ブリッジ回路を同期整流回路として動作させ、前記第１ブリッジ回路に入力された直流電圧を降圧変換して前記第２ブリッジ回路から直流電圧を取り出す場合、前記第１補助共振スイッチをオンさせ、前記補助共振トランスの二次巻線に誘起された電圧により前記第１ブリッジ回路のスイッチ素子の電圧を共振させ、前記第１ブリッジ回路の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる制御回路を備えることを特徴とする請求項１記載の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記第２ブリッジ回路をブリッジコンバータとして動作させ、前記第１ブリッジ回路を同期整流回路として動作させ、前記第２ブリッジ回路に入力された直流電圧を昇圧変換して前記第１ブリッジ回路から直流電圧を取り出す場合、前記第２補助共振スイッチをオンさせ、前記第２ブリッジ回路の電流を前記共振リアクトルに流すことにより前記第２ブリッジ回路のスイッチ素子の電圧を共振させ、前記第２ブリッジ回路の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる制御回路を備えることを特徴とする請求項１記載の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記補助共振トランスの一次巻線と二次巻線との比は、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との比の２倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記第１補助共振スイッチ又は前記第２補助共振スイッチは、前記ブリッジコンバータとして動作するスイッチ素子がオンする前にオンし、前記ブリッジコンバータとして動作するスイッチ素子がオンした後にはオフすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼロ電圧及びゼロ電流スイッチングを行うことによりスイッチング損失を低減させる共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の共振型ＤＣ／ＤＣコンバータとして、特許文献１に記載されたものが知られている。図９は、特許文献１に記載された共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成図である。図９に示す共振型ＤＣ／ＤＣコンバータは、フルブリッジで構成される４つのスイッチ素子Ｑ１１〜Ｑ１４からなる変換部により、直流電源１１５の直流電圧を別の直流電圧に変換して負荷に供給する。
【０００３】
インダクタ１１６に磁気結合された補助巻線１１８と補助インダクタンス１２０と逆流防止用のダイオード１１９と補助スイッチＱＡからなる補助共振回路が前記変換部に並列に接続されている。
【０００４】
対角位置に配置された２つのスイッチ素子のターンオンに先立って、補助スイッチＱＡがターンオンされ、補助巻線１１８のリアクトルエネルギーを用いてスイッチ素子Ｑ１１〜Ｑ１４の電荷が引き抜かれる。これにより、スイッチ素子Ｑ１１〜Ｑ１４のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２４８５５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、上述した従来の共振型ＤＣ／ＤＣコンバータでは、一方の電圧変換のみを行うのみで、降圧変換及び昇圧変換の双方向の電圧変換を行うことができなかった。
【０００７】
本発明の課題は、双方向の電圧変換を行うことができる共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、  第１ダイオードと第１コンデンサとを並列に接続した第１スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第１ブリッジ回路と、第２ダイオードと第２コンデンサとを並列に接続した第２スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第２ブリッジ回路と、一端が前記第２ブリッジ回路に直列に接続される平滑リアクトルと、一次巻線が前記第１ブリッジ回路に接続され、二次巻線が前記第２ブリッジ回路に接続される絶縁トランスと、前記第１ブリッジ回路の両端に、補助共振トランスの一次巻線と第１補助共振スイッチとが直列に接続された第１直列回路と、前記第２ブリッジ回路の両端に、補助共振リアクトルと前記補助共振トランスの二次巻線と第２補助共振スイッチとが直列に接続された第２直列回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路に接続された絶縁トランスを設け、第１ブリッジ回路の両端に補助共振トランスの一次巻線と第１補助共振スイッチとを直列に接続し、第２ブリッジ回路の両端に補助共振リアクトルと補助共振トランスの二次巻線と第２補助共振スイッチとを直列に接続することにより、双方向の電圧変換でゼロ電圧スイッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの各スイッチのゲート駆動信号の波形図である。
【図３】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧変換シミュレーション波形を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時の動作遷移図である。
【図５】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時の動作遷移図である。
【図６】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧変換シミュレーション波形を示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時の動作遷移図である。
【図８】本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時の動作遷移図である。
【図９】従来の共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。この共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧変換及び昇圧変換の双方向の電圧変換を行うことができ、順変換時、逆変換時ともにスイッチ素子のターンオン時にゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を実現でき、補助共振方式を用いたワイド入力対応の高効率の絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００１３】
共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、高圧側直流電源Ｖ１、低圧側直流電源Ｖ２、第１ブリッジ回路１、第２ブリッジ回路２、平滑リアクトルＬ、絶縁トランスＴ１、補助共振トランスＴ２、第１補助共振スイッチＱ１０、第２補助共振スイッチＱ９を有している。高圧側直流電源Ｖ１の電圧は、低圧側直流電源Ｖ２の電圧よりも高い。
【００１４】
絶縁トランスＴ１は、一次巻線Ｐ１と一次巻線Ｐ１に電磁結合する二次巻線Ｓ１とを有している。補助共振トランスＴ２は、一次巻線Ｐ２と一次巻線Ｐ２に電磁結合する二次巻線Ｓ２とを有している。
【００１５】
第１ブリッジ回路１は、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ１とダイオードＤ２とコンデンサＣ２とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ２とダイオードＤ３とコンデンサＣ３とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ３とダイオードＤ４とコンデンサＣ４とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ４とがブリッジ構成されている。第１ブリッジ回路１の出力両端は高圧側直流電源Ｖ１の両端に接続されている。
【００１６】
第２ブリッジ回路２は、ダイオードＤ５とコンデンサＣ５とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ５とダイオードＤ６とコンデンサＣ６とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ６とダイオードＤ７とコンデンサＣ７とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ７とダイオードＤ８とコンデンサＣ８とを並列に接続したスイッチ素子Ｑ８とがブリッジ構成されている。第２ブリッジ回路２の出力両端は、平滑リアクトルＬと低圧側直流電源Ｖ２との直列回路の両端に接続されている。
【００１７】
平滑リアクトルＬの一端は、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ７のドレインに接続され、平滑リアクトルＬの他端は、低圧側直流電源Ｖ２の正極に接続されている。
【００１８】
絶縁トランスＴ１は、一次巻線Ｐ１の一端が第１ブリッジ回路１のスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２との接続点に接続され、一次巻線Ｐ１の他端が第１ブリッジ回路１のスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４との接続点に接続されている。絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｓ１の一端は、第２ブリッジ回路２のスイッチ素子Ｑ５とスイッチ素子Ｑ６との接続点に接続され、二次巻線Ｓ１の他端は、第２ブリッジ回路２のスイッチ素子Ｑ７とスイッチ素子Ｑ８との接続点に接続されている。
【００１９】
補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２と第１補助共振スイッチＱ１０とは、直列に接続された第１直列回路からなる。第１直列回路の両端は、第１ブリッジ回路１の両端及び高圧側直流電源Ｖ１の両端に接続されている。
【００２０】
補助共振リアクトルＬｒと補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２と第２補助共振スイッチＱ９とは、直列に接続された第２直列回路からなる。第２直列回路の両端は、第２ブリッジ回路２の両端に接続されている。補助共振トランスＴ２は、共振に必要な電圧を一次側と二次側に誘起する。
【００２１】
なお、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８、第１補助共振スイッチＱ１０、第２補助共振スイッチＱ９は、ＭＯＳＦＥＴからなる。ダイオードＤ１〜Ｄ８は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８の寄生ダイオードであってもよい。コンデンサＣ１〜Ｃ８は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ８の寄生容量であってもよい。
【００２２】
制御回路１０は、図２に示すような各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ１０のゲート駆動信号Ｑ１ｇ〜Ｑ１０ｇによりスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ１０をオン／オフさせる。
【００２３】
制御回路１０は、高圧から低圧に変換する時（降圧時）には、図２に示すように、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ４を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Ｑ２とスイッチ素子Ｑ３を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２、及びスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４を交互にオンオフさせる。制御回路１０は、高圧から低圧に変換する時には、図２に示すように、第１補助共振スイッチＱ１０をオンさせることで共振に必要な電圧を補助共振トランスＴ２に印加する。
【００２４】
制御回路１０は、降圧時には、図２に示すように、スイッチ素子Ｑ５とスイッチ素子Ｑ８を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Ｑ６とスイッチ素子Ｑ７を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Ｑ５とスイッチ素子Ｑ６、及びスイッチ素子Ｑ７とスイッチ素子Ｑ８を交互にオンオフさせる。制御回路１０は、低圧から高圧に変換する時には、第２補助共振スイッチＱ９をオンさせることで共振に必要な電圧を補助共振トランスＴ２に印加する。
【００２５】
制御回路１０は、変換側の第１ブリッジ回路１をブリッジコンバータとして動作させ、第２ブリッジ回路２を同期整流回路として動作させ、第１ブリッジ回路１に入力された高圧側直流電源Ｖ１の電圧を降圧変換して第２ブリッジ回路２から直流電圧を取り出す場合、第１補助共振スイッチＱ１０をオンさせ、補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２に誘起された電圧によりオンしていない第１、第２ブリッジ回路のコンデンサと共振リアクトルを共振させて、その電流でスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のコンデンサの充放電を行う。そして、第１ブリッジ回路１の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。
【００２６】
制御回路１０は、第２ブリッジ回路２をブリッジコンバータとして動作させ、第１ブリッジ回路１を同期整流回路として動作させ、第２ブリッジ回路２に入力された直流電圧を昇圧変換して第１ブリッジ回路１から直流電圧を取り出す場合、第２補助共振スイッチＱ９をオンさせ、第２ブリッジ回路２の電流を共振リアクトルＬｒに流すことにより第２ブリッジ回路２のスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の電圧を共振させ、第２ブリッジ回路２の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。
【００２７】
また、実施例１では、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓ１との巻数比が１：１である。補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２と二次巻線Ｓ２との巻数比が２：１である。
【００２８】
この場合、平滑リアクトルＬ及び共振リアクトルＬｒを介して低圧側直流電源Ｖ２に接続される補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２の巻数を“１”とし、高圧側直流電源Ｖ１に接続される補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２の巻数を“２”とする。
【００２９】
この場合には、共振時には補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２には高圧電圧Ｖ１／２が誘起される。誘起される電圧により、共振リアクトルＬｒと各スイッチ素子に並列に接続されたコンデンサとで共振動作が発生し、ＺＶＳを実現する。誘起される電圧は、高圧電圧／２でなくても共振するが、高圧電圧／２の時に最も安定した共振となる。
【００３０】
次に、このように構成された実施例１の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧時の動作を図３、図４、図５を参照しながら詳細に説明する。図３は、実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの降圧変換シミュレーション波形を示す図である。
【００３１】
図３において、トランス一次電流は、補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２に流れる電流である。共振電流は、共振リアクトルＬｒに流れる電流である。Ｑ５，Ｑ８ゲートは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８のゲートに印加されるゲート駆動信号である。
【００３２】
まず、図４（ａ）に示す還流モードでは、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンし、Ｑ８→Ｑ７（及びＱ６→Ｑ５）→Ｌ→Ｖ２→Ｑ８の経路で電流が流れる。このとき、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４はオフする。
【００３３】
なお、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８をオフさせても良い。この場合には、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８に並列に接続されたダイオードＤ５〜Ｄ８がオンして上記の経路で電流が流れる。
【００３４】
次に、図４（ｂ）に示す還流モードでは、図３に示すゲート駆動信号によりスイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンする。スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７をオフさせて、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３をＺＶＳの対象にさせる。このとき、Ｑ８→Ｄ７（及びＤ６→Ｑ５）→Ｌ→Ｖ２→Ｑ８の経路で電流が流れる。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示す還流モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフしている状態で、補助共振スイッチＱ１０がオンする。このとき、高圧側直流電源Ｖ１が補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２に印加され、補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２に、図３に示すように、トランス一次電流が流れる。
【００３６】
また、補助共振スイッチＱ１０がオンしたときには、リアクトルの作用によって、電流は０Ａから立ち上がるため、ゼロカレントスイッチング（ＺＣＳ）となる。同時に補助共振トランスＴ２の二次側電流も共振リアクトルＬｒによる電流の傾きで上昇し、共振時に二次側ダイオードが回復するため、ＺＣＳとなる。
【００３７】
また、補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２には巻数比によりＶ１／２が誘起される。補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２に誘起される電圧により、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の電流が共振リアクトルＬｒに転流される。
【００３８】
次に、図５（ａ）に示す共振モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオンしている状態で、共振リアクトルＬｒと各スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７に並列に接続された各スナバコンデンサＣ６，Ｃ７及び第１ブリッジ回路１のコンデンサで共振動作が開始される。このため、共振リアクトルＬｒには図３に示すような正弦波状の共振電流が流れる。このとき、Ｓ２→Ｌｒ→Ｑ５→Ｓ１→Ｑ８→Ｄ９→Ｓ２の経路で電流が流れる。このため、Ｐ１→Ｃ３→Ｃ１→Ｐ１の経路と、Ｐ１→Ｃ４→Ｃ２→Ｐ１の経路とに電流が流れる。このとき、コンデンサＣ２，Ｃ３は、放電され、コンデンサＣ１，Ｃ４は充電される。
【００３９】
次に、図５（ｂ）に示す共振モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオンしている状態において、コンデンサＣ６，Ｃ７の電圧が高圧電圧Ｖ１になると、共振リアクトルＬｒには共振前のＶ１／２から−Ｖ１／２の電圧が印加される。
【００４０】
このため、図３に示すように、共振電流は減少する。このとき、図３に示すように、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３をオンさせると、ゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）を実現することができる。
【００４１】
次に、図５（ｃ）に示す電力供給モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオフし、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンする。即ち、補助共振スイッチＱ１０をオフさせ、電力供給モードに遷移させる。このとき、Ｖ１→Ｑ３→Ｐ１→Ｑ２→Ｖ１の経路で電流が流れる。また、Ｓ１→Ｑ５→Ｌ→Ｖ２→Ｑ８→Ｓ１の経路で電流が流れて、高圧から低圧に降圧変換される。
【００４２】
次に、図５（ｄ）に示す還流モードでは、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオフする。スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンすると、絶縁トランスＴ１の励磁電流は二次側を還流し、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオフ時にはＺＶＳはターンオフする。
【００４３】
次に、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４をＺＶＳさせる場合について簡単に説明する。
【００４４】
まず、還流モードにおいて、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンする。スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８をオフさせて、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４をＺＶＳの対象にさせる。この状態で、補助共振スイッチＱ１０がオンする。このとき、高圧側直流電源Ｖ１が補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２に印加され、補助共振トランスＴ２の一次巻線Ｐ２に、トランス一次電流が流れる。
【００４５】
また、補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２には巻数比によりＶ１／２が誘起される。補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２に誘起される電圧により、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８の電流が共振リアクトルＬｒに転流される。
【００４６】
次に、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオンしている状態では、共振リアクトルＬｒと各スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８に並列に接続された各スナバコンデンサＣ５，Ｃ８で及び第１ブリッジ回路１のコンデンサで共振動作が開始される。このため、共振リアクトルＬｒには図３に示すような正弦波状の共振電流が流れる。このとき、Ｓ２→Ｌｒ→Ｑ７→Ｓ１→Ｑ６→Ｄ９→Ｓ２の経路で電流が流れる。このため、Ｐ１→Ｃ２→Ｃ４→Ｐ１の経路と、Ｐ１→Ｃ１→Ｃ３→Ｐ１の経路とに電流が流れる。このとき、コンデンサＣ１，Ｃ４は放電され、コンデンサＣ２，Ｃ３は、充電される。
【００４７】
次に、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオンしている状態において、コンデンサＣ５，Ｃ８の電圧が高圧電圧Ｖ１になると、共振リアクトルＬｒには共振前のＶ１／２から−Ｖ１／２の電圧が印加されることになる。このため、図３に示すように、共振電流は減少する。このとき、図３に示すように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４をオンさせると、ＺＶＳを実現することができる。
【００４８】
次に、電力供給モードでは、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフし、補助共振スイッチＱ１０がオフし、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンする。即ち、補助共振スイッチＱ１０をオフさせ、電力供給モードに遷移させる。このとき、Ｖ１→Ｑ１→Ｐ１→Ｑ４→Ｖ１の経路で電流が流れる。また、Ｓ１→Ｑ７→Ｌ→Ｖ２→Ｑ６→Ｓ１の経路で電流が流れて、高圧から低圧に降圧変換される。
【００４９】
次に、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフする。スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンすると、絶縁トランスＴ１の励磁電流は二次側を還流し、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフ時にはＺＶＳはターンオフする。
【００５０】
次に、実施例１の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧時の動作を図６、図７、図８を参照しながら詳細に説明する。図６は、実施例１に係る共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧変換シミュレーション波形を示す図である。この昇圧変換では、平滑リアクトルＬのエネルギーをスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８のスイッチングにより、低圧側から高圧側へ伝達する。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示す伝達モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ５→Ｓ１→Ｑ８→Ｖ２の経路で電流が流れる。また、Ｐ１→Ｄ３→Ｖ１→Ｄ２→Ｐ１の経路で電流が流れる。即ち、低圧側直流電源Ｖ２と平滑リアクトルＬに誘起された電圧とを絶縁トランスＴ１の二次側に伝達する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示す共振モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンする。スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７をオフさせ、補助共振スイッチＱ９がオンする。すると、共振リアクトルＬｒに印加される電圧がＶ１／２−Ｖ１＝−Ｖ１／２となる。このため、平滑リアクトルＬに流れる電流が共振リアクトルＬｒと補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２と第２補助共振スイッチＱ９とからなる共振回路に引き込まれる。
【００５３】
次に、図７（ｃ）に示す共振モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、補助共振スイッチＱ９がオンする。すると、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８に流れていた電流が共振リアクトルＬｒに全て流れる。このため、Ｖ２→Ｌ→Ｌｒ→Ｓ２→Ｑ９→Ｖ２の経路で電流が流れる。
【００５４】
次に、図８（ａ）に示す共振モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、補助共振スイッチＱ９がオンしている状態で、共振リアクトルＬｒとスイッチ素子Ｑ６，Ｑ７のコンデンサＣ６，Ｃ７とにより共振する。この共振により、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７の電荷が引き抜かれるため、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７の寄生ダイオードに電流が流れる。この時に、図６に示すように、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７をオンすると、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７のＺＶＳを実現できる。共振リアクトルＬｒに印加される電圧は、Ｖ１／２−０＝Ｖ１／２となり、共振リアクトルＬｒの電流は徐々に減少する。
【００５５】
次に、図８（ｂ）に示すエネルギー蓄積モードでは、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンし、補助共振スイッチＱ９がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ５→Ｑ６→Ｖ２の経路と、Ｖ２→Ｌ→Ｑ７→Ｑ８→Ｖ２の経路とに電流が流れる。このため、低圧側直流電源Ｖ２から平滑リアクトルＬにエネルギーを蓄積できる。
【００５６】
次に、図８（ｃ）に示すエネルギー放出モードでは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフし、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、補助共振スイッチＱ９がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ７→Ｓ１→Ｑ６→Ｖ２の経路で電流が流れる。また、Ｐ１→Ｄ１→Ｖ１→Ｄ４→Ｐ１の経路とに電流が流れる。このため、平滑リアクトルＬのエネルギーが絶縁トランスＴ１の二次側に放出される。
【００５７】
次に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８をＺＶＳさせる場合について簡単に説明する。
【００５８】
まず、伝達モードでは、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ７→Ｓ１→Ｑ６→Ｖ２の経路で電流が流れる。また、Ｐ１→Ｄ１→Ｖ１→Ｄ４→Ｐ１の経路で電流が流れる。即ち、低圧側直流電源Ｖ２と平滑リアクトルＬに誘起された電圧とを絶縁トランスＴ１の二次側に伝達する。
【００５９】
次に、共振モードでは、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８をオフさせ、補助共振スイッチＱ９がオンする。すると、共振リアクトルＬｒに印加される電圧がＶ１／２−Ｖ１＝−Ｖ１／２となる。このため、平滑リアクトルＬに流れる電流が共振リアクトルＬｒと補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２と第２補助共振スイッチＱ９とからなる共振回路に引き込まれる。
【００６０】
次に、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、補助共振スイッチＱ９がオンする。すると、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７に流れていた電流が共振リアクトルＬｒに全て流れる。このため、Ｖ２→Ｌ→Ｌｒ→Ｓ２→Ｑ９→Ｖ２の経路で電流が流れる。
【００６１】
次に、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンし、補助共振スイッチＱ９がオンしている状態で、共振リアクトルＬｒとコンデンサＣ５，Ｃ８とが共振する。この共振により、コンデンサＣ５，Ｃ８の電荷が引き抜かれるため、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７の寄生ダイオードに電流が流れる。この時に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８をオンすると、図６に示すように、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８のＺＶＳを実現できる。共振リアクトルＬｒに印加される電圧は、Ｖ１／２−０＝Ｖ１／２となり、共振リアクトルＬｒの電流は徐々に減少する。
【００６２】
次に、エネルギー蓄積モードでは、スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がオンし、補助共振スイッチＱ９がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ５→Ｑ６→Ｖ２の経路と、Ｖ２→Ｌ→Ｑ７→Ｑ８→Ｖ２の経路とに電流が流れる。このため、低圧側直流電源Ｖ２から平滑リアクトルＬにエネルギーを蓄積できる。
【００６３】
次に、エネルギー放出モードでは、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオフし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ８がオンし、補助共振スイッチＱ９がオフする。このとき、Ｖ２→Ｌ→Ｑ５→Ｓ１→Ｑ８→Ｖ２の経路で電流が流れる。また、Ｐ１→Ｄ３→Ｖ１→Ｄ２→Ｐ１の経路とに電流が流れる。このため、平滑リアクトルＬのエネルギーが絶縁トランスＴ１の二次側に放出される。
【００６４】
このように、実施例１の共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによれば、制御回路１０が、第１ブリッジ回路１をブリッジコンバータとして動作させ、第２ブリッジ回路２を同期整流回路として動作させ、第１ブリッジ回路１に入力された直流電圧を降圧変換して第２ブリッジ回路２から直流電圧を取り出す場合、第１補助共振スイッチ１０をオンさせ、補助共振トランスＴ２の二次巻線Ｓ２に誘起された電圧により第１ブリッジ回路１のスイッチ素子の電圧を共振させ、第１ブリッジ回路１の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。
【００６５】
従って、直流電圧を降圧変換できるとともに、第１ブリッジ回路１の対角をなすスイッチ素子をＺＶＳさせることができる。
【００６６】
また、降圧動作時には、平滑リアクトルＬにより一次側リップル電流が小さくなるため、ワイド入力に適している。また、一次側ＺＶＳのための還流電流が不要となるため、導通損失を低減することができる。また、共振動作により、一次側ＺＶＳと同時に、二次側ＺＣＳを実現することができる。
【００６７】
さらに、軽負荷から定格負荷まで全ての領域でＺＶＳ及びＺＣＳを実現することができる。また、補助共振スイッチＱ９，Ｑ１０は、電流がゼロ近辺でターンオフできるため、損失が少なくなる。
【００６８】
また、制御回路１０が、第２ブリッジ回路２をブリッジコンバータとして動作させ、第１ブリッジ回路１を同期整流回路として動作させ、第２ブリッジ回路２に入力された直流電圧を昇圧変換して第１ブリッジ回路１から直流電圧を取り出す場合、第２補助共振スイッチＱ９をオンさせ、第２ブリッジ回路２の電流を共振リアクトルＬｒに流すことにより第２ブリッジ回路２のスイッチ素子の電圧を共振させ、第２ブリッジ回路２の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。
【００６９】
従って、直流電圧を昇圧変換できるとともに、第２ブリッジ回路２の対角をなすスイッチ素子をＺＶＳさせることができる。即ち、共振型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向の電圧変換を行うことができる。
【００７０】
また、昇圧動作時には、降圧動作時の共振回路を用いることにより、ＺＶＳターンオンが可能となり、効率を向上することができる。また、補助共振スイッチＱ９，Ｑ１０は、電流近辺でターンオフできるため、損失が少なくて済む。
【符号の説明】
【００７１】
１  第１ブリッジ回路
２  第２ブリッジ回路
１０  制御回路
Ｖ１  高圧側直流電源
Ｖ２  低圧側直流電源
Ｌ  平滑リアクトル
Ｑ１〜Ｑ８  スイッチ素子
Ｑ９  第１補助共振スイッチ
Ｑ１０  第２補助共振スイッチ
Ｔ１  絶縁トランス
Ｔ２  補助共振トランス
Ｐ１，Ｐ２  一次巻線
Ｓ１，Ｓ２  二次巻線
Ｄ１〜Ｄ１０  ダイオード
Ｃ１〜Ｃ８  コンデンサ
【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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