(57)【要約】【課題】電圧変換の変換効率を向上させることが可能なＡＣ−ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、一対の第１端子１Ａ，１Ｂと、一対の第２端子２Ａ，２Ｂと、第１スイッチング回路１０と、トランスＴ１と、第２スイッチング回路２０と、共振回路４０とを備えている。１次巻線ｎ１の一端は、２つの双方向スイッチ３，４の接続点Ｐ１と電気的に接続されている。１次巻線ｎ１の他端は、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点Ｐ２と電気的に接続されている。２次巻線ｎ２の一端は、２つのコンデンサＣ３，Ｃ４の接続点Ｐ４と電気的に接続されている。２次巻線ｎ２の他端は、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点Ｐ３と電気的に接続されている。共振回路４０は、２次巻線ｎ２と電気的に直列接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行うＡＣ−ＤＣコンバータであって、
前記交流電圧が印加される一対の第１端子と、
前記直流電圧が印加される一対の第２端子と、
直列接続された２つの双方向スイッチと直列接続された２つの第１コンデンサとの並列回路を有する第１スイッチング回路と、
１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、
直列接続された２つのスイッチング素子と直列接続された２つの第２コンデンサとの並列回路を有する第２スイッチング回路と、
インダクタ及び第３コンデンサの直列回路を有する共振回路と、を備え、
前記第１スイッチング回路は、前記一対の第１端子間に電気的に接続され、
前記第２スイッチング回路は、前記一対の第２端子間に電気的に接続され、
前記１次巻線の一端は、前記２つの双方向スイッチの接続点と電気的に接続され、前記１次巻線の他端は、前記２つの第１コンデンサの接続点と電気的に接続され、
前記２次巻線の一端は、前記２つの第２コンデンサの接続点と電気的に接続され、前記２次巻線の他端は、前記２つのスイッチング素子の接続点と電気的に接続され、
前記共振回路は、前記１次巻線と前記２次巻線との一方と電気的に直列接続されている
ことを特徴とするＡＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記２つの双方向スイッチの各々は、逆直列に接続された２つの電界効果トランジスタで構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＡＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記第１スイッチング回路及び前記第２スイッチング回路を制御する制御回路を、さらに備え、
前記制御回路は、第１制御信号により前記第１スイッチング回路を制御し、かつ、第２制御信号により前記第２スイッチング回路を制御するように構成され、
前記制御回路は、前記第１制御信号と前記第２制御信号との一方の位相を、前記第１制御信号と前記第２制御信号との他方の位相よりも遅らせるように構成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＡＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ＡＣ−ＤＣコンバータに関し、より詳細には、交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行うＡＣ−ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行う電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載された電力変換装置は、ＡＣ−ＤＣ変換部と、ＤＣ−ＤＣ変換部と、ＡＣ−ＤＣ変換部及びＤＣ−ＤＣ変換部のスイッチング制御を行うスイッチング制御部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された電力変換装置等のＡＣ−ＤＣコンバータでは、電圧変換の変換効率を向上させることが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の事由に鑑みてなされ、本発明の目的は、電圧変換の変換効率を向上させることが可能なＡＣ−ＤＣコンバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＡＣ−ＤＣコンバータは、交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行うＡＣ−ＤＣコンバータである。前記ＡＣ−ＤＣコンバータは、前記交流電圧が印加される一対の第１端子と、前記直流電圧が印加される一対の第２端子と、直列接続された２つの双方向スイッチと直列接続された２つの第１コンデンサとの並列回路を有する第１スイッチング回路とを備えている。また、前記ＡＣ−ＤＣコンバータは、１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、直列接続された２つのスイッチング素子と直列接続された２つの第２コンデンサとの並列回路を有する第２スイッチング回路とを備えている。さらに、前記ＡＣ−ＤＣコンバータは、インダクタ及び第３コンデンサの直列回路を有する共振回路を備えている。前記第１スイッチング回路は、前記一対の第１端子間に電気的に接続されている。前記第２スイッチング回路は、前記一対の第２端子間に電気的に接続されている。前記１次巻線の一端は、前記２つの双方向スイッチの接続点と電気的に接続されている。前記１次巻線の他端は、前記２つの第１コンデンサの接続点と電気的に接続されている。前記２次巻線の一端は、前記２つの第２コンデンサの接続点と電気的に接続されている。前記２次巻線の他端は、前記２つのスイッチング素子の接続点と電気的に接続されている。前記共振回路は、前記１次巻線と前記２次巻線との一方と電気的に直列接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＡＣ−ＤＣコンバータでは、電圧変換の変換効率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】一実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータに関し、交流電圧を直流電圧に変換するときのタイミングチャートである。
【図３】一実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータに関し、直流電圧を交流電圧に変換するときのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータ１００について、図１を参照しながら説明する。
【００１１】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行うように構成されている。
【００１２】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、一対の第１端子１Ａ，１Ｂと、一対の第２端子２Ａ，２Ｂと、第１スイッチング回路１０と、トランスＴ１と、第２スイッチング回路２０と、制御回路３０と、共振回路４０とを備えている。
【００１３】
一対の第１端子１Ａ，１Ｂは、交流電圧が印加されるように構成されている。一対の第１端子１Ａ，１Ｂ間には、交流電源５０が電気的に接続される。交流電源５０は、例えば、系統電源である。
【００１４】
一対の第２端子２Ａ，２Ｂは、直流電圧が印加されるように構成されている。一対の第２端子２Ａ，２Ｂ間には、蓄電池６０が電気的に接続される。蓄電池６０は、リチウムイオン電池である。蓄電池６０のプラス端子は、第２端子２Ａと電気的に接続される。蓄電池６０のマイナス端子は、第２端子２Ｂと電気的に接続される。なお、蓄電池６０は、リチウムイオン電池に限らず、例えば、鉛蓄電池等であってもよい。
【００１５】
第１スイッチング回路１０は、直列接続された２つの双方向スイッチ３，４と、直列接続された２つのコンデンサＣ１，Ｃ２との並列回路を有している。第１スイッチング回路１０は、一対の第１端子１Ａ，１Ｂ間に、電気的に接続されている。なお、本実施形態では、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２が、２つの第１コンデンサに相当する。
【００１６】
双方向スイッチ３の一端は、第１端子１Ｂと電気的に接続されている。双方向スイッチ３の他端は、双方向スイッチ４の一端と電気的に接続されている。双方向スイッチ４の他端は、第１端子１Ａと電気的に接続されている。
【００１７】
双方向スイッチ３は、逆直列に接続された２つの電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２により構成されている。２つの電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２の各々は、エンハンスメント型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。なお、図１中の２つの電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２における図記号のダイオードは、寄生ダイオードを表している。
【００１８】
電界効果トランジスタＱ１のドレイン端子は、第１端子１Ｂと電気的に接続されている。電界効果トランジスタＱ１のゲート端子は、制御回路３０と電気的に接続されている。電界効果トランジスタＱ１のソース端子は、電界効果トランジスタＱ２のソース端子と電気的に接続されている。電界効果トランジスタＱ２のゲート端子は、制御回路３０と電気的に接続されている。電界効果トランジスタＱ２のドレイン端子は、双方向スイッチ４と電気的に接続されている。
【００１９】
双方向スイッチ４は、双方向スイッチ３と同様に、逆直列に接続された２つの電界効果トランジスタＱ３，Ｑ４で構成されている。なお、双方向スイッチ４は、図１に示すように、双方向スイッチ３と同様の構成である。ゆえに、双方向スイッチ４の詳細については、双方向スイッチ３との相違点のみを説明する。
【００２０】
電界効果トランジスタＱ３のドレイン端子は、電界効果トランジスタＱ２のドレイン端子と電気的に接続されている。電界効果トランジスタＱ４のドレイン端子は、第１端子１Ａと電気的に接続されている。なお、以下では、説明の便宜上、電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ４を、「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４」と称する。
【００２１】
コンデンサＣ１の一端は、第１端子１Ｂと電気的に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、コンデンサＣ２の一端と電気的に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、第１端子１Ａと電気的に接続されている。
【００２２】
トランスＴ１は、１次巻線ｎ１及び２次巻線ｎ２を有している。トランスＴ１の巻数比は、交流電源５０の交流電圧の実効値を、蓄電池６０の直流電圧の電圧値で除算した値で表される。
【００２３】
１次巻線ｎ１の一端は、２つの双方向スイッチ３，４の接続点Ｐ１と電気的に接続されている。言い換えれば、１次巻線ｎ１の一端は、接続点Ｐ１と直接的または間接的に接続されている。
【００２４】
１次巻線ｎ１の他端は、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点Ｐ２と電気的に接続されている。言い換えれば、１次巻線ｎ１の他端は、接続点Ｐ２と直接的または間接的に接続されている。
【００２５】
２次巻線ｎ２の一端は、共振回路４０を介して、第２スイッチング回路２０と電気的に接続されている。言い換えれば、２次巻線ｎ２の一端は、第２スイッチング回路２０と間接的に接続されている。つまり、共振回路４０は、２次巻線ｎ２と電気的に直列接続されている。２次巻線ｎ２の他端は、第２スイッチング回路２０と電気的に接続されている。
【００２６】
第２スイッチング回路２０は、直列接続された２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、直列接続された２つのコンデンサＣ３，Ｃ４との並列回路を有している。第２スイッチング回路２０は、一対の第２端子２Ａ，２Ｂ間に、電気的に接続されている。なお、本実施形態では、２つのコンデンサＣ３，Ｃ４が、２つの第２コンデンサに相当する。
【００２７】
２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の各々は、例えば、エンハンスメント型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。なお、図１中の２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６における図記号のダイオードは、寄生ダイオードを表している。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ５のドレイン端子は、第２端子２Ａと電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ５のゲート端子は、制御回路３０と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ５のソース端子は、スイッチング素子Ｑ６のドレイン端子と電気的に接続されている。
【００２９】
スイッチング素子Ｑ６のドレイン端子は、トランスＴ１における２次巻線ｎ２の他端と電気的に接続されている。すなわち、２次巻線ｎ２の他端は、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点Ｐ３と電気的に接続されている。言い換えれば、２次巻線ｎ２の他端は、接続点Ｐ３と直接的または間接的に接続されている。
【００３０】
スイッチング素子Ｑ６のゲート端子は、制御回路３０と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ６のソース端子は、第２端子２Ｂと電気的に接続されている。
【００３１】
コンデンサＣ３の一端は、第２端子２Ａと電気的に接続されている。コンデンサＣ３の他端は、コンデンサＣ４の一端と電気的に接続されている。コンデンサＣ４の一端は、共振回路４０を介して、トランスＴ１における２次巻線ｎ２の一端と電気的に接続されている。つまり、２次巻線ｎ２の一端は、２つのコンデンサＣ３，Ｃ４の接続点Ｐ４と間接的に接続されている。言い換えれば、２次巻線ｎ２の一端は、接続点Ｐ４と電気的に接続されている。コンデンサＣ４の他端は、第２端子２Ｂと電気的に接続されている。
【００３２】
制御回路３０は、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御するように構成されている。
【００３３】
制御回路３０は、例えば、マイクロプロセッサである。マイクロプロセッサは、メモリを備えている。メモリには、プログラムが記録されている。プログラムは、マイクロプロセッサを制御回路３０として機能させるためのプログラムである。このプログラムには、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００を動作させる動作モード等が記述されている。なお、プログラムは、マイクロプロセッサのメモリに記録されているが、これに限らず、例えば、メモリカード等の記録媒体に記録して提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。また、制御回路３０は、マイクロプロセッサであるが、これに限らず、例えば、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等であってもよい。
【００３４】
制御回路３０は、第１制御信号により第１スイッチング回路１０を制御するように構成されている。具体的に説明すると、制御回路３０は、４つの第１制御信号によって、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を各別に制御するように構成されている。
【００３５】
４つの第１制御信号は、それぞれ対応する４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する信号である。４つの第１制御信号の各々は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。
【００３６】
また、制御回路３０は、第２制御信号により第２スイッチング回路２０を制御するように構成されている。具体的に説明すると、制御回路３０は、２つの第２制御信号によって、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を各別に制御するように構成されている。
【００３７】
２つの第２制御信号は、それぞれ対応する２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を制御する信号である。２つの第２制御信号の各々は、例えば、ＰＷＭ信号である。
【００３８】
制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧を検出するように構成されている。例えば、制御回路３０は、一対の第１端子１Ａ，１Ｂに印加された交流電圧を検出するように構成されている。
【００３９】
共振回路４０は、インダクタＬ１及びコンデンサＣ５の直列回路を有している。共振回路４０は、直列型の共振回路である。なお、本実施形態では、コンデンサＣ５が、第３コンデンサに相当する。
【００４０】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、４つの第１制御信号の周波数と、２つの第２制御信号の周波数とが、同じ周波数に設定されている。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、４つの第１制御信号のデューティ比と、２つの第２制御信号のデューティ比とが、同じデューティ比（例えば、５０％）に設定されている。
【００４１】
また、制御回路３０は、第１スイッチング回路１０の動作と第２スイッチング回路２０の動作とを同期させるように構成されている。言い換えれば、制御回路３０は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作と、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作とを同期させるように構成されている。
【００４２】
ところで、制御回路３０は、第１制御信号と第２制御信号との間の位相差Ｔｄ（図２，３参照）を変化させるように構成されている。言い換えれば、制御回路３０は、第１制御信号の位相と第２制御信号の位相とを調節するように構成されている。
【００４３】
制御回路３０は、例えば、図２に示すように、交流電圧を直流電圧に変換するとき、第２制御信号の位相を、第１制御信号の位相よりも遅らせる。また、制御回路３０は、例えば、図３に示すように、直流電圧を交流電圧に変換するとき、第１制御信号の位相を、第２制御信号の位相よりも遅らせる。なお、図２及び図３中のＱ１〜Ｑ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にそれぞれ入力される第１制御信号の波形を表している。図２及び図３中のＱ５，Ｑ６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６にそれぞれ入力される第２制御信号の波形を表している。図２及び図３中のＶａｃは、交流電源５０の交流電圧の波形を表している。
【００４４】
すなわち、制御回路３０は、第１制御信号と第２制御信号との一方の位相を、第１制御信号と第２制御信号との他方の位相よりも遅らせるように構成されている。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、交流電圧と直流電圧との間で双方向に電圧変換を行うことが可能になる。
【００４５】
以下、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００に関し、交流電圧を直流電圧に変換するときの動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００４６】
制御回路３０は、交流電圧を直流電圧に変換するとき、第２制御信号の位相を第１制御信号の位相よりも遅らせる（図２参照）。また、制御回路３０は、以下のように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００４７】
制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧が正のとき、以下の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００４８】
まず、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ１期間）。
【００４９】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１端子１Ａ、スイッチング素子Ｑ４、スイッチング素子Ｑ３の寄生ダイオード、１次巻線ｎ１、コンデンサＣ１、第１端子１Ｂの経路（以下、「第１経路」）で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、２次巻線ｎ２の一端、共振回路４０、第１蓄電池６０Ａ、スイッチング素子Ｑ５、２次巻線ｎ２の他端の経路（以下、「第２経路」）で電流が流れる。
【００５０】
次に、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ４がオン状態で、かつ、５つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ５，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ２期間）。
【００５１】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、２次巻線ｎ２の一端、共振回路４０、第２蓄電池６０Ｂ、スイッチング素子Ｑ６の寄生ダイオード、２次巻線ｎ２の他端の経路（以下、「第３経路」）で電流が流れる。
【００５２】
さらに、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ３期間）。
【００５３】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１端子１Ａ、コンデンサＣ２、１次巻線ｎ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオード、第１端子１Ｂの経路（以下、「第４経路」）で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、２次巻線ｎ２の他端、スイッチング素子Ｑ６、第２蓄電池６０Ｂ、共振回路４０、２次巻線ｎ２の一端の経路（以下、「第５経路」）で電流が流れる。
【００５４】
そして、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ２がオン状態で、かつ、５つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３〜Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ４期間）。
【００５５】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第４経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、２次巻線ｎ２の他端、スイッチング素子Ｑ５の寄生ダイオード、第１蓄電池６０Ａ、共振回路４０、２次巻線ｎ２の一端の経路（以下、「第６経路」）で電流が流れる。
【００５６】
すなわち、制御回路３０は、図２に示すように、交流電源５０の交流電圧が正のとき、Ｔ１期間、Ｔ２期間、Ｔ３期間、Ｔ４期間の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００５７】
制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧が負のとき、以下の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００５８】
まず、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ５期間）。
【００５９】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１端子１Ｂ、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード、１次巻線ｎ１、コンデンサＣ２、第１端子１Ａの経路（以下、「第７経路」）で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、第２経路で電流が流れる。
【００６０】
次に、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１がオン状態で、かつ、５つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ６期間）。
【００６１】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第７経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、第３経路で電流が流れる。
【００６２】
さらに、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ７期間）。
【００６３】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１端子１Ｂ、コンデンサＣ１、１次巻線ｎ１、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ４の寄生ダイオード、第１端子１Ａの経路（以下、「第８経路」）で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、第５経路で電流が流れる。
【００６４】
そして、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ３がオン状態で、かつ、５つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４〜Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図２中のＴ８期間）。
【００６５】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第８経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、１次巻線ｎ１に電流が流れると、第６経路で電流が流れる。
【００６６】
すなわち、制御回路３０は、図２に示すように、交流電源５０の交流電圧が負のとき、Ｔ５期間、Ｔ６期間、Ｔ７期間、Ｔ８期間の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００６７】
なお、制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧がゼロクロスする時点で、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御を停止させてもよい。この場合、制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧がゼロクロスする時点で、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御を停止させるだけに限らず、交流電圧がゼロクロスする時点を含む所定期間で、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御を停止させてもよい。
【００６８】
また、制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧がゼロクロスする時点で、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御を停止させずに、交流電源５０の交流電圧がゼロクロスする直前の制御を継続させてもよい。一例を挙げて説明すると、制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧がゼロクロスする時点で、図２中のＴ４期間の制御が途中の場合、Ｔ４期間の制御を継続させてもよい。
【００６９】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、交流電圧を直流電圧に変換するとき、制御回路３０が、第２制御信号の位相を第１制御信号の位相よりも遅らせる。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１スイッチング回路１０に流れる電流を、第２スイッチング回路２０に流れる電流よりも大きくすることが可能になる。よって、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、交流電圧を直流電圧に変換することが可能になる。このとき、一対の第１端子１Ａ，１Ｂは、交流電源５０から交流電圧が印加され、一対の第２端子２Ａ，２Ｂは、第２スイッチング回路２０から直流電圧が印加される。
【００７０】
以下、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００に関し、直流電圧を交流電圧に変換するときの動作について、図１及び図３を参照しながら説明する。
【００７１】
制御回路３０は、直流電圧を交流電圧に変換するとき、第１制御信号の位相を第２制御信号の位相よりも遅らせる（図３参照）。また、制御回路３０は、以下のように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００７２】
制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧が正のとき、以下の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００７３】
まず、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３〜Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ９期間）。
【００７４】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第５経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第４経路で電流が流れる。
【００７５】
次に、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１０期間）。
【００７６】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第５経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第８経路で電流が流れる。
【００７７】
さらに、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１１期間）。
【００７８】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第２経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第１経路で電流が流れる。
【００７９】
そして、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１２期間）。
【００８０】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第２経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第７経路で電流が流れる。
【００８１】
すなわち、制御回路３０は、図３に示すように、交流電源５０の交流電圧が正のとき、Ｔ９期間、Ｔ１０期間、Ｔ１１期間、Ｔ１２期間の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００８２】
制御回路３０は、交流電源５０の交流電圧が負のとき、以下の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００８３】
まず、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１３期間）。
【００８４】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第５経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第８経路で電流が流れる。
【００８５】
次に、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ６がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３〜Ｑ５がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１４期間）。
【００８６】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第５経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第４経路で電流が流れる。
【００８７】
さらに、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１５期間）。
【００８８】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第２経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第７経路で電流が流れる。
【００８９】
そして、制御回路３０は、２つのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５がオン状態で、かつ、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ６がオフ状態となるように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する（図３中のＴ１６期間）。
【００９０】
このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第２経路で電流が流れる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、２次巻線ｎ２に電流が流れると、第１経路で電流が流れる。
【００９１】
すなわち、制御回路３０は、図３に示すように、交流電源５０の交流電圧が負のとき、Ｔ１３期間、Ｔ１４期間、Ｔ１５期間、Ｔ１６期間の一連の動作を繰り返すように、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を各別に制御する。
【００９２】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、直流電圧を交流電圧に変換するとき、制御回路３０が、第１制御信号の位相を第２制御信号の位相よりも遅らせる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、トランスＴ１の２次巻線ｎ２に流れる電流が、共振回路４０によって共振される。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、第２スイッチング回路２０に流れる電流を、第１スイッチング回路１０に流れる電流よりも大きくすることが可能になる。よって、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、直流電圧を交流電圧に変換することが可能になる。このとき、一対の第２端子２Ａ，２Ｂは、蓄電池６０から直流電圧が印加され、一対の第１端子１Ａ，１Ｂは、第１スイッチング回路１０から交流電圧が印加される。
【００９３】
なお、共振回路４０は、２次巻線ｎ２の一端と電気的に接続されているが、これに限らない。共振回路４０は、２次巻線ｎ２の他端と電気的に接続されていてもよい。詳細に説明すると、２次巻線ｎ２の他端は、共振回路４０を介して、第２スイッチング回路２０における接続点Ｐ３と電気的に接続されていてもよい。この場合、２次巻線ｎ２の一端は、第２スイッチング回路２０における接続点Ｐ４と直接的に接続される。
【００９４】
また、共振回路４０は、２次巻線ｎ２と電気的に直列接続されているが、１次巻線ｎ１と電気的に直列接続されていてもよい。共振回路４０が１次巻線ｎ１の一端と電気的に接続される場合、１次巻線ｎ１の一端は、共振回路４０を介して、第１スイッチング回路１０における接続点Ｐ１と電気的に接続される。共振回路４０が１次巻線ｎ１の他端と電気的に接続される場合、１次巻線ｎ１の他端は、共振回路４０を介して、第１スイッチング回路１０における接続点Ｐ２と電気的に接続される。
【００９５】
以上説明したＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、交流電圧と直流電圧との間で電圧変換を行うＡＣ−ＤＣコンバータである。ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、交流電圧が印加される一対の第１端子１Ａ，１Ｂと、直流電圧が印加される一対の第２端子２Ａ，２Ｂとを備える。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、直列接続された２つの双方向スイッチ３，４と直列接続された２つの第１コンデンサＣ１，Ｃ２との並列回路を有する第１スイッチング回路１０と、１次巻線ｎ１及び２次巻線ｎ２を有するトランスＴ１とを備える。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、直列接続された２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と直列接続された２つの第２コンデンサＣ３，Ｃ４との並列回路を有する第２スイッチング回路２０と、インダクタＬ１及び第３コンデンサＣ５の直列回路を有する共振回路４０とを備える。第１スイッチング回路１０は、一対の第１端子１Ａ，１Ｂ間に電気的に接続されている。第２スイッチング回路２０は、一対の第２端子２Ａ，２Ｂ間に電気的に接続されている。１次巻線ｎ１の一端は、２つの双方向スイッチ３，４の接続点Ｐ１と電気的に接続されている。１次巻線ｎ１の他端は、２つの第１コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点Ｐ２と電気的に接続されている。２次巻線ｎ２の一端は、２つの第２コンデンサＣ３，Ｃ４の接続点Ｐ４と電気的に接続されている。２次巻線ｎ２の他端は、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点Ｐ３と電気的に接続されている。共振回路４０は、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２との一方と電気的に直列接続されている。
【００９６】
これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、３段の回路を有する特許文献１に記載された電力変換装置に比べて、一対の第１端子１Ａ，１Ｂと一対の第２端子２Ａ，２Ｂとの間における回路の数を減らすことが可能になる。よって、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、特許文献１に記載された電力変換装置に比べて、電圧変換の変換効率を向上させることが可能になる。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、特許文献１に記載された電力変換装置に比べて、回路構成の簡素化を図ることが可能となり、小型化を図ることが可能になる。
【００９７】
双方向スイッチ３は、上述のように、逆直列に接続された２つの電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２で構成されていることが好ましい。また、双方向スイッチ４は、上述のように、逆直列に接続された２つの電界効果トランジスタＱ３，Ｑ４で構成されていることが好ましい。これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、双方向スイッチ３及び双方向スイッチ４として、特殊な部品（例えば、ＧａＮ等のワイドバンドギャップの導体材料を用いたダブルゲート構造の素子等）を用いることなく、一般的な部品（汎用性の高い部品）を用いて双方向スイッチを実現することが可能になる。
【００９８】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１００は、上述のように、第１スイッチング回路１０及び第２スイッチング回路２０を制御する制御回路３０を、さらに備えていることが好ましい。制御回路３０は、第１制御信号により第１スイッチング回路１０を制御し、かつ、第２制御信号により第２スイッチング回路２０を制御するように構成されていることが好ましい。また、制御回路３０は、第１制御信号と第２制御信号との一方の位相を、第１制御信号と第２制御信号との他方の位相よりも遅らせるように構成されていることが好ましい。
【００９９】
これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１００では、交流電圧と直流電圧との間で双方向に電圧変換を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【０１００】
１Ａ，１Ｂ  一対の第１端子
２Ａ，２Ｂ  一対の第２端子
３，４  双方向スイッチ
１０  第１スイッチング回路
２０  第２スイッチング回路
３０  制御回路
４０  共振回路
１００  ＡＣ−ＤＣコンバータ
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ（第１コンデンサ）
Ｃ３，Ｃ４  コンデンサ（第２コンデンサ）
Ｃ５  コンデンサ（第３コンデンサ）
Ｌ１  インダクタ
ｎ１  １次巻線
ｎ２  ２次巻線
Ｔ１  トランス
【図１】
2017055467.tif 000003
【図２】
2017055467.tif 000004
【図３】
2017055467.tif 000005