(57)【要約】【課題】駆動用インバータ回路と整流回路とから成る複数の回路毎に平滑コンデンサを並列配置し、回路間のコンデンサの充放電を利用したＤＣ／ＤＣ電力変換装置において、高い電力変換効率を維持して出力電圧の調整を可能にする。【解決手段】２直列のMOSFETを各平滑コンデンサCs1〜Cs4の両端子間に接続した４段回路Ａ１〜Ａ４を直列接続し、各回路間に配したコンデンサCrの充放電により、入出力電圧比を４倍（or1/4倍）にして電力変換するコンデンサ式DC/DC電力変換回路１と、２直列のMOSFETとコイルLcとから成るインダクタ式DC/DC電力変換回路２とを備える。コンデンサ式DC/DC電力変換回路１の一方の入出力電圧端子対に、インダクタ式DC/DC電力変換回路２の一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）を接続して、コンデンサ式DC/DC電力変換回路１の高電圧側入出力電圧あるいは低電圧側入出力電圧をインダクタ式DC/DC電力変換回路２により電圧調整する。【選択図】図１
2009017772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子から成る高圧側素子および低圧側素子を直列接続して平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る駆動用インバータ回路と、半導体スイッチング素子あるいはダイオード素子から成る高圧側素子および低圧側素子を直列接続して平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る整流回路とによる複数の回路を直列に接続すると共に、上記各回路内の上記高圧側素子と上記低圧側素子との接続点を中間端子として、上記回路間となる該中間端子間にエネルギ移行用のコンデンサを配して構成され、低電圧側入出力端子対と高電圧側入出力電圧端子対とを有して直流／直流変換を行うコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と、
２直列の半導体スイッチング素子あるいは半導体スイッチング素子とダイオード素子との２直列素子から成る駆動用素子直列体と、該駆動用素子直列体の２素子の接続点に接続されるエネルギ移行用のインダクタと、負極電圧端子を共通とする２組の入出力電圧端子対とを有して直流／直流変換を行うインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とを備え、
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側、低電圧側のいずれかに接続し、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側入出力電圧あるいは低電圧側入出力電圧を上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路により電圧調整することを特徴とするＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項２】
上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は、直列接続された上記複数の回路内の上記各半導体スイッチング素子を一定の駆動信号により駆動して該コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の入出力電圧の関係を整数倍に維持したことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項３】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の１組の入出力電圧端子対を、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のいずれか一方の入出力電圧端子対に接続し、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の他組の入出力電圧端子対と、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の他方の入出力電圧端子対とを、該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の２組の入出力電圧端子対として直流／直流変換を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項４】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記１組の入出力電圧端子対は、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記低電圧側入出力電圧端子対と接続し、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記他組の入出力電圧端子対を該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の低電圧側の入出力電圧端子対とし、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記高電圧側入出力電圧端子対を、該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の高電圧側の入出力電圧端子対としたことを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項５】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とを同時に始動させ、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記低電圧側入出力電圧端子間の電圧が徐々に所定の電圧値まで上昇するように、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を動作させて該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置を始動させることを特徴とする請求項４記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項６】
該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の低電圧側の入出力電圧端子対を構成する上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の入出力電圧端子に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、検出された電流値が所定値を超えると上記駆動用素子直列体内の駆動用の素子をオフさせることを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項７】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記１組の入出力電圧端子対は、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記高電圧側入出力電圧端子対と接続し、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記他組の入出力電圧端子対を該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の高電圧側の入出力電圧端子対とし、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記低電圧側入出力電圧端子対を、該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の低電圧側の入出力電圧端子対としたことを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項８】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の一方の入出力電圧は、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側入出力電圧の所定の割合の部分電圧としたことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項９】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の１組の上記入出力電圧端子対は、正極電圧端子を上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記高電圧側入出力電圧端子対の正極電圧端子と接続すると共に、上記負極電圧端子を上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の所定の２つの平滑コンデンサの接続点に接続し、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の他組の上記入出力電圧端子対の正極電圧端子および上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記高電圧側入出力電圧端子対の負極電圧端子で構成される電圧端子対と、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の上記低電圧側入出力電圧端子対とを、該ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の２組の入出力電圧端子対として直流／直流変換を行うことを特徴とする請求項８に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１０】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路に接続されない側の正極電圧端子に接続される上記駆動用素子直列体内の素子は、他の素子と比較して耐圧の大きなものとしたことを特徴とする請求項７または９に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１１】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路に接続される上記入出力電圧端子間に上記駆動用素子直列体を接続し、上記インダクタを、上記駆動用素子直列体の上記２素子の接続点と他方の正極電圧端子との間に接続したことを特徴とする請求項３、４、７〜１０のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１２】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路に接続されない側の上記入出力電圧端子間に上記駆動用素子直列体を接続し、上記インダクタを、上記駆動用素子直列体の上記２素子の接続点と他方の正極電圧端子との間に接続したことを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１３】
上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は２つの上記駆動用素子直列体を備えて上記各入出力電圧端子間に接続し、２つの上記駆動用素子直列体の各２素子の接続点間に上記インダクタを接続したことを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１４】
上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、直列接続された上記複数の回路の内、所定の１回路と他の各回路との上記中間端子間にそれぞれ上記エネルギ移行用のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１５】
上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、直列接続された上記複数の回路の内、隣接する各回路の上記中間端子間にそれぞれ上記エネルギ移行用のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１６】
上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、上記エネルギ移行用のコンデンサが充放電する経路内にインダクタを配置したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１７】
上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、上記複数の回路として３以上の回路を備え、該各回路間に接続される上記各コンデンサのコンデンサ容量と該各コンデンサの充放電経路内の上記各インダクタのインダクタンスとで決まる共振周期はそれぞれ等しいことを特徴とする請求項１６に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項１８】
上記各半導体スイッチング素子は、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードを有するパワーＭＯＳＦＥＴ、あるいはダイオードを逆並列に接続した半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電圧を昇圧あるいは降圧した直流電圧に変換する、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＤＣ／ＤＣ電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータは、正の電位に接続する半導体スイッチと負の電位に接続する半導体スイッチとを備えた少なくとも２個以上の半導体スイッチを具備するインバータ回路と、直列に接続される複数の整流器と直列に接続される複数のコンデンサとを備えた多倍圧整流回路で構成され、インバータ回路で交流電圧を作り、更に、多倍圧整流回路で高圧直流電圧を作り負荷に供給する（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の別例によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータは、半導体スイッチとダイオードと平滑コンデンサとコイルとから構成され、半導体スイッチのスイッチングを利用しコイルへのエネルギ蓄積とコイルからのエネルギの放出を交互に繰り返すことにより、直流電圧から直流電圧の変換を行い負荷にエネルギを供給する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１９１６３８号公報
【非特許文献１】電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編：“パワーエレクトロニクス回路”，オーム社，pp.245-265，2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１による従来のＤＣ／ＤＣ電力変換装置では、整流器の直列段数比以上に昇圧することはできないが、出力電圧値を低く調整しようとすると、インバータ回路を構成する半導体スイッチのオン時間を制御することにより移行するエネルギ量を制限したり、半導体スイッチのオン時間は一定にして、単位時間当たりのオン信号の発生回数を制御することにより移行するエネルギ量を制限する必要があった。
前者の方法では、半導体スイッチに電流が流れている途中で半導体スイッチを遮断するため、エネルギ損失が大きくなり電力変換効率が低下する。また後者の方法では、エネルギを移行するコンデンサの充放電時の電圧差が大きくなり、１サイクル当たりのエネルギ移行量が大きくなってエネルギ損失も大きくなる。このため、後者の方法でも電力変換効率が低下するという問題点があった。
また、非特許文献１に示されたコイルを用いた従来のＤＣ／ＤＣ電力変換装置では、半導体スイッチのオン時間を制御することにより、出力電圧値の昇圧調整や降圧調整は可能となるが、入出力電圧比が大きくなると使用するコイルが大きく重くなるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解消するために成されたものであって、電力変換効率の低下を抑制しつつ出力電圧を調整できると共に、入出力電圧比が比較的大きい場合でも小形軽量なＤＣ／ＤＣ電力変換装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とを備える。上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は、半導体スイッチング素子から成る高圧側素子および低圧側素子を直列接続して平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る駆動用インバータ回路と、半導体スイッチング素子あるいはダイオード素子から成る高圧側素子および低圧側素子を直列接続して平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る整流回路とによる複数の回路を直列に接続すると共に、上記各回路内の上記高圧側素子と上記低圧側素子との接続点を中間端子として、上記回路間となる該中間端子間にエネルギ移行用のコンデンサを配して構成され、低電圧側入出力端子対と高電圧側入出力電圧端子対とを有して直流／直流変換を行う。上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は、２直列の半導体スイッチング素子あるいは半導体スイッチング素子とダイオード素子との２直列素子から成る駆動用素子直列体と、該駆動用素子直列体の２素子の接続点に接続されるエネルギ移行用のインダクタと、負極電圧端子を共通とする２組の入出力電圧端子対とを有して直流／直流変換を行う。そして、上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側、低電圧側のいずれかに接続し、上記コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側入出力電圧あるいは低電圧側入出力電圧を上記インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路により電圧調整するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路とを接続して、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の一方の入出力電圧をインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路により電圧調整するため、電力変換効率の低下を抑制しつつＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の出力電圧調整が可能になる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路にて担う電圧調整を、比較的小さな電圧比の電圧変換による電圧調整にすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の入出力電圧比が比較的大きい場合でも小形軽量なＤＣ／ＤＣ電力変換装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、インダクタ式電力変換回路２および制御回路３と、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）および高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcoma）とから成る。なお、２組の入出力電圧端子対の負極電圧端子Vcom、Vcomaは、この場合、共通の電圧端子で接地されている。そして、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０００９】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、電圧端子VLa、Vcoma、VHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２との接続端子Tm-Vs1を備えている。この回路１の低電圧側の入出力電圧端子対（VLa、Vcoma）と高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcoma）との負極電圧端子Vcomaは、この場合、共通である。また、高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcoma）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcoma）となる。
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力したり、高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する機能を有する。
【００１０】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧端子VA、Vcom、VLと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs1を備えている。この回路２の２組の入出力電圧端子対（VA、Vcom）、（VL、Vcom）は、負極電圧端子Vcomが共通で、一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）がコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側の入出力電圧端子対（VLa、Vcoma）に接続される。この場合、正極電圧端子VA、VLaが互いに接続され、負極電圧端子Vcom、Vcomaは共通である。また、他方の入出力電圧端子対（VL、Vcom）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）となる。
そして、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧V2を、昇圧あるいは降圧された電圧V1にして他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力したり、逆に入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、昇圧あるいは降圧された電圧V2にしてコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する機能を有する。
【００１１】
制御回路３は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２を駆動するためのゲート信号GatexL、GatexH、GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、２に出力する。また、電圧端子VLの電圧（V1）および電圧端子VHの電圧（V3）が入力されている。
【００１２】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の詳細構成を、図２に基づいて以下に説明する。上述したように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力したり、高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する。
【００１３】
図２に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）（Mos2L、Mos2H）（Mos3L、Mos3H）（Mos4L、Mos4H）を直列接続して、各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続した４段の回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を直列接続して構成される。そして、各回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４内の２つのMOSFETの接続点を中間端子として、所定の１回路となる回路Ａ１と他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との中間端子間に、エネルギ移行用のコンデンサCr12、Cr13、Cr14およびインダクタLr12、Lr13、Lr14の直列体で構成されエネルギ移行素子として機能するＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続する。各段のインダクタLrとコンデンサCrのインダクタンス値と容量値から定まる共振周期の値は、それぞれ等しくなるように設定されている。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
【００１４】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETを駆動するための、電源Vs1〜Vs4とゲート駆動回路111〜114とフォトカプラ（121L、121H）〜（124L、124H）を備える。
また、上述したように、電圧端子VLa、Vcom、VHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２との接続端子Tm-Vs1とを備えている。
【００１５】
次に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内の接続の詳細について説明する。
平滑コンデンサCs1の低電圧側端子は、電圧端子Vcomaと電源Vs1の負電圧端子に接続される。平滑コンデンサCs1の高電圧側端子は、電圧端子VLaと平滑コンデンサCs2の低電圧側端子と電源Vs2の負電圧端子に接続される。平滑コンデンサCs2の高電圧側端子は、平滑コンデンサCs3の低電圧側端子と電源Vs3の負電圧端子に接続される。平滑コンデンサCs3の高電圧側端子は、平滑コンデンサCs4の低電圧側端子と電源Vs4の負電圧端子に接続される。平滑コンデンサCs4の高電圧側端子は電圧端子VHに接続される。電源Vs1の正電圧端子は接続端子Tm−Vs1に接続される。
Mos1Lのソース端子は電圧端子Vcomaに、Mos1Hのドレイン端子とMos2Lのソース端子とは平滑コンデンサCs1の高電圧側端子に接続され、Mos2Hのドレイン端子とMos3Lのソース端子とは平滑コンデンサCs2の高電圧側端子に接続される。Mos3Hのドレイン端子とMos4Lのソース端子は平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続され、Mos4Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs4の高電圧側端子に接続される。
【００１６】
ＬＣ直列体LC12の一端は、Mos1LとMos1Hとの接続点に接続され、他端はMos2LとMos2Hとの接続点に接続される。ＬＣ直列体LC13の一端は、Mos1LとMos1Hとの接続点に接続され、他端はMos3LとMos3Hとの接続点に接続される。ＬＣ直列体LC14の一端は、Mos1LとMos1Hとの接続点に接続され、他端はMos4LとMos4Hとの接続点に接続されている。
またMos1L、Mos1Hのゲート端子はゲート駆動回路111の出力端子に接続され、ゲート駆動回路111の入力端子には、Mos1Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。同様に、（Mos2L、Mos2H）〜（Mos4L、Mos4H）のゲート端子はゲート駆動回路112〜114の出力端子に接続され、ゲート駆動回路112〜114の入力端子には、Mos2L〜Mos4Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。なお、ゲート駆動回路111〜114は、一般的なブートストラップ方式の駆動回路であり、ハーフブリッジインバータ回路駆動用のドライバICや高電圧側のMOSFETを駆動するためのコンデンサ等で構成されている。
【００１７】
Mos1L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ121Lから、Mos1H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ121Hから出力される。同様に、Mos2L〜Mos4L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122L〜124Lから、Mos2H〜Mos4H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122H〜124Hから出力される。フォトカプラ121L〜124L、121H〜124Hには、制御回路３から出力されるゲート信号GateL、GateHが入力される。
【００１８】
次にコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の動作について説明する。
まず、低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力する昇圧回路として動作する場合について説明する。
回路Ａ１は、入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力されるエネルギを、MOSFET（Mos1L、Mos1H）のオンオフ動作により高電圧側に送る駆動用インバータ回路として動作する。また、回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は、駆動用インバータ回路Ａ１で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により各回路が駆動される。
【００１９】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr13、Cr14の容量値と比較して十分大きな値に設定される。
上述したように、入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力するため、電圧端子VH、Vcoma間からエネルギを出力している状態となり、電圧V3は4×V2よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V2の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V3−V2)／3の電圧が充電されている。
【００２０】
ゲート信号（GateL、GateH）と、駆動用インバータ回路Ａ１および整流回路Ａ２〜Ａ４内の高圧側MOSFET（Mos1H、Mos2H〜Mos4H）に流れる電流と低圧側MOSFET（Mos1L、Mos2L〜Mos4L）に流れる電流とを図３に示す。駆動用インバータ回路Ａ１内のMOSFETではドレインからソースに電流が流れ、整流回路Ａ２〜Ａ４内のMOSFETではソースからドレインに電流が流れる。MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
図３に示すように、ゲート信号（GateL、GateH）は、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13、LC14にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号である。
【００２１】
低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ１〜Ａ４の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr13、Cr14に移行する。
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr14⇒Cr14⇒Mos1L
【００２２】
次いで、高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr13、Cr14に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2⇒Mos1H
Cr13⇒Lr13⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
Cr14⇒Lr14⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
【００２３】
このように、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の充放電により、平滑コンデンサCs1から平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力する。
【００２４】
次に、入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する降圧回路として動作する場合について説明する。
この場合、回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ１は、駆動用インバータ回路で駆動された電流を整流し、エネルギを低電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により各回路が駆動される。
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力するため、電圧端子VLa、Vcoma間からエネルギを出力している状態となり、電圧V3は4×V2よりも高い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V2の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V3−V2)／3の電圧が充電されている。
【００２５】
ゲート信号（GateL、GateH）と、駆動用インバータ回路Ａ２〜Ａ４および整流回路Ａ１内の高圧側MOSFET（Mos2H〜Mos4H、Mos1H）に流れる電流と低圧側MOSFET（Mos2L〜Mos4L、Mos1L）に流れる電流とを図４に示す。駆動用インバータ回路Ａ２〜Ａ４内のMOSFETではドレインからソースに電流が流れ、整流回路Ａ１内のMOSFETではソースからドレインに電流が流れる。MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
図４に示すように、ゲート信号（GateL、GateH）は、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13、LC14にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号であることは昇圧動作の場合と同様である。
【００２６】
高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ２〜Ａ４、Ａ１の高圧側MOSFETであるMos2H、Mos3H、Mos4H、Mos1Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr13、Cr14に移行する。
Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr14⇒Cr14⇒Mos1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
【００２７】
次いで、低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ２〜Ａ４、Ａ１の低圧側MOSFETであるMos2L、Mos3L、Mos4L、Mos1Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr13、Cr14に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に移行する。
Cr14⇒Lr14⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr13⇒Lr13⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L
【００２８】
このように、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の充放電により、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4から平滑コンデンサCs1にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する。
【００２９】
上記昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr12、Cr13、Cr14には、インダクタLr12、Lr13、Lr14が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、半導体スイッチング素子の状態がオン／オフ変化する際の過渡的な損失が無く、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
またこの実施の形態では、整流回路にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【００３０】
また、この実施の形態では、平滑コンデンサCs1の両端子に入出力端子となる低電圧側の電圧端子VLa、Vcomaが接続された回路Ａ１と他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との間に、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続した。
この実施の形態におけるＬＣ直列体LC12、LC13、LC14に流れる電流値をI12、I13、I14とし、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の電圧をV12、V13、V14とする。そして、比較例として、隣接する回路間、即ちＡ１、Ａ２間、Ａ２、Ａ３間、Ａ３、Ａ４間で中間端子（低圧側MOSFETと高圧側MOSFETとの接続点）間に、ＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続して、同様に動作させた場合を考える。この比較例におけるＬＣ直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流値をI12r、I23r、I34rとし、ＬＣ直列体LC12、LC23、LC34内のコンデンサCr12、Cr23、Cr34の電圧をV12r、V23r、V34rとすると、
【００３１】
比較例において
I12r：I23r：I34r＝３：２：１
V12r＝V23r＝V34r
であるのに対し、この実施の形態では、
I12＝I13＝I14（＝I34r）
V12：V13：V14＝１：２：３  （V12＝V12r＝V23r＝V34r）
となる。
【００３２】
このように、この実施の形態では、回路Ａ１と他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との中間端子間にＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続したため、上記比較例に比べて、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の電圧は増大するものであるが、ＬＣ直列体LC12を流れる電流値を1／3に、また高圧側が回路Ａ３に接続されるＬＣ直列体LC13では、比較例のＬＣ直列体LC23を流れる電流値の1／2に低減できる。即ち、各ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を流れる電流値を最小のものと等しくできる。このため、エネルギ移行用のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
【００３３】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１では、電圧V2からV3の昇圧動作と、電圧V3からV2の降圧動作との双方向の電力変換を可能としたが、電圧V2からV3の昇圧動作のみ、あるいは電圧V3からV2の降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
また、この実施の形態では、V2とV3の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
【００３４】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の詳細構成を、図５に基づいて以下に説明する。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の入出力電圧端子と共通のVL、Vcom間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に出力したり、逆に入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧して入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【００３５】
図５に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）、VLと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs1を備えている。また、高圧側素子、低圧側素子としてのそれぞれ２つのMOSFET（MosxH、MosxL）、（MosyH、MosyL）から成る駆動用素子直列体としての第１の直列体、第２の直列体を備え、第１の直列体（MosxH、MosxL）を入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に接続し、第２の直列体（MosyH、MosyL）を入出力電圧端子VL、Vcom（Vcoma）間に接続する。また、各直列体の２つのMOSFETの接続点間にインダクタとしてのコイルLcを配置し、さらに、第２の直列体（MosyH、MosyL）に並列に接続された平滑コンデンサChを備える。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、回路内のMOSFETを駆動するための、高圧側のMOSFET駆動電源となる電源Vsx、Vsyと、ゲート駆動回路211、212と、フォトカプラ（221L、221H）、（222L、222H）とを備える。
【００３６】
次に、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２内の接続の詳細について説明する。
MosxLのソース端子は、電圧端子VcomとMosyLのソース端子と平滑コンデンサChの低電圧側端子に接続されている。MosxLのドレイン端子は、MosxHのソース端子と、コイルLcの一方の端子と、電源Vsxの低電圧側端子に接続されている。MosxHのドレイン端子は、電圧端子VAに接続されている。MosyLのドレイン端子は、MosyHのソース端子と、コイルLcのもう一方の端子と、電源Vsyの低電圧側端子に接続されている。MosyHのドレイン端子は、電圧端子VLと、平滑コンデンサChの高電圧側端子に接続されている。
またMosxL、MosxHのゲート端子は、ゲート駆動回路211の出力端子に接続され、ゲート駆動回路211の入力端子には、MosxLのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。同様に、MosyL、MosyHのゲート端子はゲート駆動回路212の出力端子に接続され、ゲート駆動回路212の入力端子には、MosyLのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。なお、ゲート駆動回路211、212は、ハーフブリッジインバータ回路駆動用のドライバICであり、低電圧側のMOSFETは接続端子Tm-Vs1を介して電源Vs1で駆動され、高電圧側のMOSFETは電源Vsx、Vsyで駆動される。
【００３７】
MosxL駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ221Lから、MosxH駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ221Hから出力される。同様に、MosyL駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ222Lから、MosyH駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ222Hから出力される。制御回路３からのゲート信号GatexL、GatexHは、それぞれフォトカプラ221L、221Hに、ゲート信号GateyL、GateyHは、それぞれフォトカプラ222L、222Hに入力されている。
【００３８】
次にインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する第１の場合について説明する。
図６は、MosxH、MosxLのゲート信号GatexH、GatexLと、コイルLc、MosxH、MosxLの各素子を流れる電流とを示した図である。ゲート信号がハイ電圧でMOSFETがオン動作を行なう。コイルLcの電流はコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１からインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２に流れる方向を正、MosxHの電流はドレインからソースに流れる方向を正、MosxLの電流はソースからドレインに流れる方向を正として示した。MosyHは常時オン、MosyLは常時オフしている。
【００３９】
MosxHがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積すると同時に電圧端子VL側に移行する。次いでMosxHをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギでMosxLを介してエネルギを電圧端子VL側にさらに移行する。このオンオフ動作は一定の周期で繰り返される。なお、このような降圧動作は、一般的な非絶縁形のＤＣ／ＤＣ電力変換回路の降圧動作と同様である。
ここではMosxLを整流用の素子として利用する。整流素子にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【００４０】
入出力電圧端子VA、Vcom間に入力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の入出力電圧端子VLa、Vcoma間の電圧であり、電圧V3の約1/4の電圧V2である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧端子VA、Vcom間の電圧を降圧調整して電圧端子VL、Vcom間に出力する。
【００４１】
このため、第１の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcoma）に入力される電圧V3を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により約1/4の電圧V2に降圧し、さらにインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２により電圧V2からそれ以下のゼロ電圧まで電圧を変化させることができる。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V3から、電圧V3の1/4〜0倍の電圧V1に降圧することができる。
また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００４２】
次に、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する第２の場合について説明する。
図７は、MosyL、MosyHのゲート信号GateyL、GateyHと、コイルLc、MosyL、MosyHの各素子を流れる電流とを示した図である。ゲート信号がハイ電圧でMOSFETがオン動作を行なう。コイルLcの電流はコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１からインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２に流れる方向を正、MosyLの電流はドレインからソースに流れる方向を正、MosyHの電流はソースからドレインに流れる方向を正として示した。MosxHは常時オン、MosxLは常時オフしている。
【００４３】
MosyLがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積する。MosyLをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギと電圧端子VA、Vcom間の蓄積エネルギとを利用して、MosyHを介してエネルギを電圧端子VL側に移行する。このオンオフ動作は一定の周期で繰り返される。なお、このような昇圧動作は、一般的な非絶縁形のＤＣ／ＤＣ電力変換回路の昇圧動作と同様である。
ここではMosyHを整流用の素子として利用する。整流素子にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【００４４】
入出力電圧端子VA、Vcom間に入力される電圧は、電圧V3の約1/4の電圧V2であり、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧端子VA、Vcom間の電圧V2を昇圧調整して電圧端子VL、Vcom間に出力する。
このため、第２の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcoma）に入力される電圧V3を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により約1/4の電圧V2に降圧し、さらにインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２により電圧V2よりも大きな電圧に変化させることができる。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V3から、電圧V3の1/4よりも大きな電圧V1に降圧することができる。
また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００４５】
次に、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する第３の場合について説明する。
図８は、MosyH、MosyLのゲート信号GateyH、GateyLと、コイルLc、MosyH、MosyLの各素子を流れる電流とを示した図である。ゲート信号がハイ電圧でMOSFETがオン動作を行なう。コイルLcの電流はインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２からコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に流れる方向を正、MosyHの電流はドレインからソースに流れる方向を正、MosyLの電流はソースからドレインに流れる方向を正として示した。MosxHは常時オン、MosxLは常時オフしている。
【００４６】
MosyHがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積すると同時に電圧端子VA側に移行する。次いでMosyHをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギでMosyLを介してエネルギを電圧端子VA側にさらに移行する。このオンオフ動作は一定の周期で繰り返される。なお、このような降圧動作は、一般的な非絶縁形のＤＣ／ＤＣ電力変換回路の降圧動作と同様である。
ここではMosyLを整流用の素子として利用する。整流素子にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【００４７】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子と共通である電圧端子VL、Vcom間に入力される電圧V1を降圧調整して電圧端子VA、Vcom間に電圧V2を出力する。電圧V2は電圧V1からゼロ電圧まで変化させることができる。
このため、第３の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）に入力される電圧V1を、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２により電圧V1〜0の電圧V2に降圧し、さらにコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により電圧V2から約４倍の電圧V3に昇圧する。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも小さな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００４８】
次に、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する第４の場合について説明する。
図９は、MosxL、MosxHのゲート信号GatexL、GatexHと、コイルLc、MosxL、MosxHの各素子を流れる電流とを示した図である。ゲート信号がハイ電圧でMOSFETがオン動作を行なう。コイルLcの電流はインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２からコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に流れる方向を正、MosxLの電流はドレインからソースに流れる方向を正、MosxHの電流はソースからドレインに流れる方向を正として示した。MosyHは常時オン、MosyLは常時オフしている。
【００４９】
MosxLがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積する。次いでMosxLをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギと電圧端子VL、Vcom間の蓄積エネルギとを利用して、MosxHを介してエネルギを電圧端子VA側に移行する。このオンオフ動作は一定の周期で繰り返される。なお、このような昇圧動作は、一般的な非絶縁形のＤＣ／ＤＣ電力変換回路の昇圧動作と同様である。
ここではMosxHを整流用の素子として利用する。整流素子にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【００５０】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子と共通である電圧端子VL、Vcom間に入力される電圧V1を昇圧調整して電圧端子VA、Vcom間に電圧V1より大きな電圧V2を出力する。
このため、第４の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）に入力される電圧V1を、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２により電圧V1より大きな電圧V2に昇圧し、さらにコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により電圧V2から約４倍の電圧V3に昇圧する。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも大きな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００５１】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作における第１〜第４の場合について説明したが、第１の場合、第２の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も降圧動作を行っている。また、第３の場合、第４の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も昇圧動作を行っている。このように、第１〜第４の場合（動作モード）を切り替えることにより、双方向の電力変換が可能となる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２とを組み合わせ、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のゲート信号（GateL、GateH）にて駆動した。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動される。このように、一定のゲート信号で入出力電圧比を、回路数で決まる整数倍に維持するように駆動することで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、電力変換効率を高い状態に維持することができる。
なお、入出力電圧比を変化させるとコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の電力変換効率が低下することについての詳細は、後述する。
【００５３】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、一方の入出力電圧端子VA、Vcom間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側の電圧端子VLa、Vcoma間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側入出力電圧V2を電圧調整する。このため、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を入出力電圧比を整数倍に維持しても、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の昇圧時の出力電圧V3および降圧時の出力電圧V1のいずれも電圧調整が可能になる。
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２にて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧調整のための電力変換で良いため入出力電圧比を大きくする必要がなく小形軽量な回路となるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置としても小形軽量化が図れる。
【００５４】
ここで、入出力電圧比を変化させるとコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の電力変換効率が低下する要因について説明する。
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみでの出力電圧の調整は可能であり、第１の比較例として、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の駆動用インバータ回路のオン時間を共振周期の1/2よりも短く変化させ、移行エネルギを制御することで電圧調整する。しかしながら、この場合、MOSFETに電流が導通している状態の途中で遮断動作を行なうため、スイッチング時のエネルギ損失が発生し電力変換効率が低下する。これは、ＬＣ共振を用いないものでも、電流の導通時間を制限することでスイッチング損失が発生し、同様に電力変換効率が低下する。
【００５５】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１のみでの出力電圧を調整する第２の比較例として、図１０に示すように、共振周期でのオンオフ動作は維持しゲート信号のパルスの発生回数を間引くことにより電圧調整する方法がある。この場合、高電圧側の電圧V3が低電圧側の電圧V2の整数倍（n倍）よりも低下すると、エネルギ移行するコンデンサの充放電時の電圧差が大きくなり、１サイクル当たりのエネルギ移行量が大きくなって損失が大きくなる。
回路数がｎ個で入出力電圧比ｎのコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１における、高電圧側の入出力電圧V3と効率の関係を図１１に示す。電圧V3がｎ×V2では効率100％になり、電圧V3の低下に伴って効率は低下する傾向を示す。このように、単位時間当たりの発生パルス数を制限することにより出力電圧を制御すると電力変換効率は低下する。例えば、２倍昇圧動作においてV2を36V、V3を60V（効率100％はV3＝72V）とした場合、効率が83％まで低下してしまう。
なお、この方法においても、ＬＣ共振を利用したものだけではなく、ＬＣ共振を利用しないものも同様に電力変換効率が低下する。
【００５６】
次に、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみでＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成した装置は、大きく重くなることについて説明する。
電圧V1が144V、電圧V2が162.5V、電圧V3が650Vの昇圧動作の上記実施の形態の場合と、第３の比較例として、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみの構成で電圧を144Vから650Vに昇圧変換する場合において、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルの大きさについて比較する。
まず、双方のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルのインダクタンス値を見積もる。
【００５７】
この実施の形態の場合（144Vから162.5Vに昇圧）、入力（144V側）の平均電流を90A、駆動周波数を10kHz、コイルに流れる電流の最小値から最大値までのリプル電流ΔIを平均電流90Aの1/3の30Aとする。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の電圧変換は144Vから162.5Vであることから、半導体スイッチング素子のオン時間Tonは、
【数１】
2009017772.tif 000003
となり、コイルのインダクタンス値は、
【数２】
2009017772.tif 000004
となる。即ち、このインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２には、54.6μH、90Aのコイルが必要となる。
【００５８】
次に、第３の比較例の場合（144Vから650Vに昇圧）、同様に、入力（144V側）の平均電流を90A、駆動周波数を10kHz、コイルに流れる電流の最小値から最大値までのリプル電流ΔIを平均電流90Aの1/3の30Aとする。インダクタ式の電圧変換は144Vから650Vであることから、半導体スイッチング素子のオン時間Tonは、
【数３】
2009017772.tif 000005
となり、コイルのインダクタンス値は、
【数４】
2009017772.tif 000006
となる。即ち、このインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路には、374μH、90Aのコイルが必要となる。
【００５９】
この実施の形態のコイル（54.6μH）と第３の比較例のコイル（374μH）における、許容平均電流値と体積との関係を図１２に示す。２つのコイルの平均電流値は90Aであることから、この実施の形態のコイル（54.6μH）の大きさは0.3Lであり、第３の比較例のコイル（374μH）の大きさは1.6Lであることがわかる。コイルの重さは大きさに比例することから、第３の比較例のコイル（374μH）は各段と大きく重いことが判る。
従って、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみでＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成した装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は不要であるが、使用するコイルが非常に大きく重くなる。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は、上述のように半導体スイッチング素子の過渡的な損失が無いため、その駆動周波数を大きくすることができ、使用するインダクタやコンデンサが小形化できると共に、効率も良いため放熱部品も小さく済むことから、小形軽量である。よって、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の組み合わせから構成された、この発明によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみで構成されたものと比較して小形軽量となる。
【００６０】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、入出力電圧比を回路数で決まる整数倍に維持するように駆動して電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２にて電圧調整させた。このため、上述したように、この実施の形態によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整可能で、しかも小形軽量化を促進できる。
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
【００６１】
なお、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみあるいは降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作が上記第１、第２の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２のMosxLとMosyHはダイオードに置き換えてもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作が上記第３、第４の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２のMosyLとMosxHはダイオードに置き換えてもよい。これらの場合、整流素子がオン電圧の大きなダイオードに置き換わっているので、MOSFETを用いたものに比して導通損失が大きくなるが、駆動するための回路素子が不要となるメリットもある。
【００６２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態２では、上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。図２で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の構成は同様である。
この実施の形態２のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの詳細構成を、図１３に基づいて以下に示す。
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の電圧端子VLaとVcoma間の電圧、即ち、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、降圧して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力したり、逆に入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、昇圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に出力する機能を有する。
【００６３】
図１３に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）、VLと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs1を備えている。また、２つのMOSFET（MosxH、MosxL）から成る駆動用素子直列体（第１の直列体）を入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に接続し、２つのMOSFETの接続点と電圧端子VLとの間にインダクタとしてのコイルLcを接続する。さらに、入出力電圧端子VL、Vcom（Vcoma）間に平滑コンデンサChを備える。
また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、回路内のMOSFETを駆動するための、高圧側のMOSFET駆動電源となる電源Vsxと、ゲート駆動回路211と、フォトカプラ（221L、221H）とを備える。
【００６４】
なお、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、上記実施の形態１で示した第２の直列体（MosyH、MosyL）がないので、制御回路３では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａを駆動するためのゲート信号GatexL、GatexHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、２ａに出力する。その他の部分は、図１で示した全体構成と同様である。
【００６５】
次に、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も降圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの動作は、上記実施の形態１において、MosyHは常時オン、MosyLは常時オフとした第１の場合と同様で、ゲート信号GatexH、GatexL、およびコイルLc、MosxH、MosxLの各素子を流れる電流も、図６で示したものと同様である。即ち、MosxHがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積すると同時に電圧端子VL側に移行する。次いでMosxHをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギでMosxLを介してエネルギを電圧端子VL側にさらに移行する。
【００６６】
入出力電圧端子VA、Vcom間に入力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の電圧端子VLaとVcoma間の電圧であり、電圧V3の約1/4の電圧V2である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、電圧端子VA、Vcom間の電圧V2を降圧調整して電圧端子VL、Vcom間に電圧V1を出力する。これにより、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcoma）に入力される電圧V3を、電圧V3の1/4〜0倍の電圧V1に降圧することができる。また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００６７】
次に、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も昇圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの動作は、上記実施の形態１において、MosyHは常時オン、MosyLは常時オフとした第４の場合と同様で、ゲート信号GatexL、GatexH、およびコイルLc、MosxL、MosxHの各素子を流れる電流も、図９で示したものと同様である。即ち、MosxLがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積する。次いでMosxLをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギと電圧端子VL、Vcom間の蓄積エネルギとを利用して、MosxHを介してエネルギを電圧端子VA側に移行する。
【００６８】
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、電圧端子VLとVcom間の電圧を昇圧調整して、電圧V2として電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に出力する。これによりＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）に入力される電圧V1を、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａにより電圧V1より大きな電圧V2に昇圧し、さらにコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により電圧V2から約４倍の電圧V3に昇圧する。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも大きな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００６９】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａとを組み合わせて、双方向の電力変換を行う。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、上記実施の形態１と同様に、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動され、電力変換効率を高い状態に維持することができる。またインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａは、一方の入出力電圧端子VA、Vcom間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側の電圧端子VLa、Vcoma間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側入出力電圧V2を電圧調整する。
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａにて電圧調整させることで、電力変換効率の低下を抑制しつつ出力電圧を調整可能で、小形軽量なＤＣ／ＤＣ電力変換装置を得ることができる。
【００７０】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
【００７１】
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの動作が、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａのMosxLはダイオードに置き換えてもよい。MosxLを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａの動作が、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａのMosxHはダイオードに置き換えてもよい。この場合も、MosxHを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
【００７２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態３では、上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。図２で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の構成は同様である。
この実施の形態３のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの詳細構成を、図１４に基づいて以下に示す。
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の電圧端子VLaとVcoma間の電圧、即ち、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力したり、逆に入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）間に出力する機能を有する。
【００７３】
図１４に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、電圧端子VA（VLa）、Vcom（Vcoma）、VLと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs1を備えている。また、２つのMOSFET（MosyH、MosyL）から成る駆動用素子直列体（第２の直列体）を入出力電圧端子VL、Vcom（Vcoma）間に接続し、２つのMOSFETの接続点と電圧端子VA（VLa）との間にインダクタとしてのコイルLcを接続する。さらに、入出力電圧端子VL、Vcom（Vcoma）間に平滑コンデンサChを備える。
また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、回路内のMOSFETを駆動するための、高圧側のMOSFET駆動電源となる電源Vsyと、ゲート駆動回路212と、フォトカプラ（222L、222H）とを備える。
【００７４】
なお、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、上記実施の形態１で示した第１の直列体（MosxH、MosxL）がないので、制御回路３では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂを駆動するためのゲート信号GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、２ｂに出力する。その他の部分は、図１で示した全体構成と同様である。
【００７５】
次に、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も降圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの動作は、上記実施の形態１において、MosxHは常時オン、MosxLは常時オフとした第２の場合と同様で、ゲート信号GateyL、GateyH、およびコイルLc、MosyL、MosyHの各素子を流れる電流も、図７で示したものと同様である。即ち、MosyLがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積する。MosyLをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギと電圧端子VA、Vcom間の蓄積エネルギとを利用して、MosyHを介してエネルギを電圧端子VL側に移行する。
【００７６】
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの入出力電圧端子VA、Vcom間に入力される電圧は、電圧V3の約1/4の電圧V2であり、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、電圧端子VA、Vcom間の電圧V2を昇圧調整して電圧端子VL、Vcom間に出力する。これによりＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V3から、電圧V3の1/4よりも大きな電圧V1に降圧することができる。
また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００７７】
次に、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も昇圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの動作は、上記実施の形態１において、MosxHは常時オン、MosxLは常時オフとした第３の場合と同様で、ゲート信号GateyH、GateyL、およびコイルLc、MosyH、MosyLの各素子を流れる電流も、図８で示したものと同様である。即ち、MosyHがオンすることにより、エネルギをコイルLcに蓄積すると同時に電圧端子VA側に移行する。次いでMosyHをオフすると、コイルLcに蓄えられたエネルギでMosyLを介してエネルギを電圧端子VA側にさらに移行する。
【００７８】
この場合、入出力電圧端子VA、Vcom間に出力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の電圧端子VLaとVcoma間の電圧V2となる。ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）に入力される電圧V1を、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２により電圧V1〜0の電圧V2に降圧し、さらにコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１により電圧V2から約４倍の電圧V3に昇圧する。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも小さな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【００７９】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂとを組み合わせて、双方向の電力変換を行う。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、上記実施の形態１と同様に、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動され、電力変換効率を高い状態に維持することができる。またインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂは、一方の入出力電圧端子VA、Vcom間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側の電圧端子VLa、Vcoma間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側入出力電圧V2を電圧調整する。
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂにて電圧調整させることで、電力変換効率の低下を抑制しつつ出力電圧を調整可能で、小形軽量なＤＣ／ＤＣ電力変換装置を得ることができる。
【００８０】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
【００８１】
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの動作が、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂのMosyHはダイオードに置き換えてもよい。MosyHを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂの動作が、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂのMosyLはダイオードに置き換えてもよい。この場合も、MosyLを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
【００８２】
実施の形態４．
次に、上記実施の形態１または３によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の入出力電圧端子VL、Vcom間にバッテリが接続されたシステムについて説明する。なお、上記実施の形態２で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａでは、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａ内のMosxHが内蔵する寄生ダイオードを介してバッテリから大電流が流れるため、この実施の形態には適用できない。
まず、このようなシステムの初期始動動作について説明する。
この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の始動時に、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂとコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とを同時に始動させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂを電圧端子VA、Vcom間の電圧が徐々に所定の値まで上昇するように動作させる。即ち、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を動作させながら、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側の電圧端子VLa、Vcoma間の電圧が徐々に所定の値まで上昇するようにインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂを動作させる。
【００８３】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、コンデンサ間に発生する電圧差を利用してエネルギの移行を行なうものである。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を動作させながら、電圧端子VLa、Vcoma間に接続される平滑コンデンサCs1にバッテリからの電圧が徐々に充電されるため、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内の他の各コンデンサである平滑コンデンサCs2〜Cs4、エネルギ移行用コンデンサCr12〜Cr14の電圧も徐々に上昇する。このように、各コンデンサ間の電圧差が小さな状態を維持して、各コンデンサ（平滑コンデンサCs1〜Cs4、エネルギ移行用コンデンサCr12〜Cr14）を所定の電圧まで充電できる。
【００８４】
仮に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の初期始動時に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を動作させずにインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂのみを始動させた場合を比較例として考える。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂ内のMosyHのオン動作のみを行うと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内の平滑コンデンサCs1にバッテリからの電圧が充電された状態となった時、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置内の他のコンデンサである平滑コンデンサCs2〜Cs4、エネルギ移行用コンデンサCr12〜Cr14は電圧がゼロの放電された状態を継続している。このような状態でコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１を動作させると、コンデンサ間の電圧差が大きなため、大電流が半導体スイッチング素子、インダクタ、コンデンサ等の各素子に流れる。
【００８５】
この実施の形態では、上述したようにＤＣ／ＤＣ電力変換装置を始動させるため、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内の各コンデンサ（平滑コンデンサCs1〜Cs4、エネルギ移行用コンデンサCr12〜Cr14）を、各コンデンサ間の電圧差が小さな状態を維持して所定の電圧まで充電でき、回路素子に大電流が流れるのを防止できる。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の各素子の耐久性が向上し、装置全体の耐久性および信頼性が向上する。
【００８６】
なお、この実施の形態は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置が昇圧動作が可能な構成の場合に適用できる。即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂ内のMosyHがダイオードに置き換えられていて、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置が降圧動作のみ可能とする構成の場合は適用できない。
【００８７】
また、このように入出力電圧端子VL、Vcom間にバッテリが接続されたシステムでは、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置内で短絡故障が発生するとバッテリが放電して使用不能状態になることがあるため、次のように電流センサを設けてバッテリからの放電を停止させる。
即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂの入出力電圧端子VLに流れる電流を検出する電流センサを設けてバッテリ側の電流を検出し、その電流が予め設定された所定値と超えると、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂ内の駆動用素子であるMosyHをオフするように動作させる。これにより、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ｂ内や、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内での短絡故障が発生した場合に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置のそれ以上の損傷やその他システムへの損傷を防止することができ、装置全体の耐久性および信頼性が向上する。
【００８８】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態５では、上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成は、上記実施の形態１、２、３のいずれの回路２、２ａ、２ｂでも良く、全体構成は、図１で示した全体構成と同様である。そして、この実施の形態によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma（Vcomと共通）間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【００８９】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａの詳細構成を、図１５に基づいて以下に説明する。
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａは、低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力したり、逆に、高圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する。
図１５に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａは、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）（Mos2L、Mos2H）（Mos3L、Mos3H）（Mos4L、Mos4H）を直列接続して、各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続した４段の回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を直列接続して構成される。
【００９０】
そして、各回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４内の２つのMOSFETの接続点を中間端子として、隣接する各回路、即ち（Ａ１，Ａ２）（Ａ２，Ａ３）（Ａ３，Ａ４）の中間端子間に、エネルギ移行用のコンデンサCr12、Cr23、Cr34およびインダクタLr12、Lr23、Lr34の直列体で構成されエネルギ移行素子として機能するＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続する。ＬＣ直列体LC12の一端は、Mos1LとMos1Hとの接続点に接続され、他端はMos2LとMos2Hとの接続点に接続される。ＬＣ直列体LC23の一端は、Mos2LとMos2Hの接続点に接続され、他端はMos3LとMos3Hの接続点に接続される。ＬＣ直列体LC34の一端は、Mos3LとMos3Hの接続点に接続され、他端はMos4LとMos4Hの接続点に接続される。その他の接続構成は上記実施の形態１と同様である。各段のインダクタLrとコンデンサCrのインダクタンス値と容量値から定まる共振周期の値は、それぞれ等しくなるように設定されている。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
【００９１】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａは、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETを駆動するための、ゲート駆動回路111〜114およびフォトカプラ（121L、121H）〜（124L、124H）を備える。
【００９２】
次にコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力する場合について説明する。
上記実施の形態１と同様に、回路Ａ１は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は、駆動用インバータ回路Ａ１で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により駆動される。このゲート信号も、上記実施の形態１と同様であり、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETに流れる電流とゲート信号との関係も上記実施の形態１の図３で示したものと同様である。
【００９３】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr23、Cr34の容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VH、Vcoma間にエネルギを出力するため、電圧V3は4×V2よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V3−V2)／3の電圧が充電されている。
【００９４】
低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ１〜Ａ４の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr23、Cr34に移行する。
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
【００９５】
次いで、高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr23、Cr34に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に移行する。
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2
【００９６】
このように、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs1から平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VLa、Vcoma間に入力された電圧V2を、約４倍に昇圧された電圧V3にして高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcoma間に出力する。
【００９７】
次に、入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する動作について説明する。
この場合、回路Ａ４は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ１〜Ａ３は整流回路として動作する。この整流回路Ａ１〜Ａ３の内、回路Ａ１は実質的に整流のために用いられるが、回路Ａ２、Ａ３は、MOSFET（Mos2L、Mos2H、Mos3L、Mos3H）のオンオフ動作により、コンデンサCr12、Cr23へのエネルギ移行も行うので、駆動用インバータ回路の役割もなす。
制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により駆動される。このゲート信号は、上記実施の形態１と同様であり、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETに流れる電流とゲート信号との関係も上記実施の形態１の図４で示したものと同様である。
【００９８】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr23、Cr34の容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1／4倍に降圧された電圧V2にして電圧端子VLa、Vcoma間に出力するため、電圧V3は4×V2よりも高い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V2の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V3−V2)／3の電圧が充電されている。
【００９９】
高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ２〜Ａ４、Ａ１の高圧側MOSFETであるMos2H、Mos3H、Mos4H、Mos1Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr23、Cr34に移行する。
Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
【０１００】
次いで、低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ２〜Ａ４、Ａ１の低圧側MOSFETであるMos2L、Mos3L、Mos4L、Mos1Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr23、Cr34に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L
【０１０１】
このように、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4から平滑コンデンサCs1にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VH、Vcoma間に入力された電圧V3を、約1/4倍に降圧された電圧V2にして低電圧側の入出力電圧端子VLa、Vcoma間に出力する。
【０１０２】
上記昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr12、Cr23、Cr34には、インダクタLr12、Lr23、Lr34が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
またこの実施の形態では、整流回路にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【０１０３】
また、この実施の形態では、隣接する回路間にＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続した。上記実施の形態１で示した場合、即ち、整流回路Ａ１と駆動用インバータ回路である他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との間に、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続した場合と比較すると、各ＬＣ直列体を流れる電流は増大するが、コンデンサCr34の印加電圧がコンデンサCr14の1／3、コンデンサCr23の印加電圧がコンデンサCr13の1／2に低減できる効果がある。
【０１０４】
この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ａ、２ｂとを組み合わせ、上記実施の形態１と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ａ、２ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成も小形軽量にできる。
【０１０５】
また、この実施の形態では、V2とV3の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内のＬＣ直列体LC12、LC23、LC34をコンデンサCr12、Cr23、Cr34のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
【０１０６】
実施の形態６.
次に、この発明の実施の形態６によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。
図１６に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、インダクタ式電力変換回路２および制御回路３と、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcoma）および高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcom）とから成る。なお、２組の入出力電圧端子対の負極電圧端子Vcom、Vcomaは、この場合、共通の電圧端子で接地されている。そして、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcoma間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcoma間に出力する機能を有する。
【０１０７】
上記実施の形態１では、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）をコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の低電圧側電圧端子対と接続したが、この実施の形態では、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）をコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の高電圧側電圧端子対と接続する。
【０１０８】
この実施の形態におけるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、上記実施の形態１の図２で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１と、電圧端子VHを電圧端子VHaに、電圧端子VLaを電圧端子VLにし、電圧端子VL、Vcoma間の低電圧側入出力電圧をV1に、電圧端子VHa、Vcoma間の高電圧側入出力電圧をV2aとした以外は、構成も動作も同様である。
即ち、この実施の形態におけるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、電圧端子VHa、Vcoma、VLと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２との接続端子Tm-Vs1を備えている。この回路１の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcoma）と高電圧側入出力電圧端子対（VHa、Vcoma）との負極電圧端子Vcomaは、この場合、共通である。また、低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcoma）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcoma）となる。
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcoma間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2aにして高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcoma間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcoma間に入力された電圧V2aを、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcoma間に出力する機能を有する。
【０１０９】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、上記実施の形態１の図５で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１と、電圧端子VLを電圧端子VHとし、電圧端子VA、Vcom間の入出力電圧をV2aに、電圧端子VH、Vcom間の入出力電圧をV3とした以外は、構成も動作も同じである。
即ち、この実施の形態におけるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧端子VA、Vcom、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs1を備えている。この回路２の２組の入出力電圧端子対（VA、Vcom）、（VH、Vcom）は、負極電圧端子Vcomが共通で、一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）がコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の高電圧側電圧端子対（VHa、Vcoma）と接続される。この場合、正極電圧端子VA、VHaが接続され、負極電圧端子Vcom、Vcomaが共通である。また、他方の入出力電圧端子対（VH、Vcom）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）となる。
そして、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧して他方の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１に接続される入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１１０】
制御回路３は、実施の形態１と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２を駆動するためのゲート信号GatexL、GatexH、GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１、２に出力する。また、電圧端子VLの電圧（V1）および電圧端子VHの電圧（V3）が入力されている。
【０１１１】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力する第１の場合、入出力電圧端子VA、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力する第２の場合、出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する第３の場合、入出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、Vcom間に出力する第４の場合、の４種類の動作により、上記実施の形態と同様に電圧調整を行う。
【０１１２】
この実施の形態では、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、一方の入出力電圧端子VA、Vcom間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の高電圧側の電圧端子VHa、Vcoma間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の高電圧側入出力電圧V2aを電圧調整する。この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２自身の第１〜第４の場合の動作は上記実施の形態１と同様であるが、第１の場合、第２の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も昇圧動作を行っている。また、第３の場合、第４の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も降圧動作を行っている。
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１を入出力電圧比を整数倍に維持しても、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の昇圧時の出力電圧V3および降圧時の出力電圧V1のいずれも電圧調整が可能になる。
【０１１３】
このため、上記実施の形態１と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２にて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２は、電圧調整のための電力変換で良いため入出力電圧比を大きくする必要がなく小形軽量な回路となるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置としても小形軽量化が図れる。
【０１１４】
次に、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみでＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成した装置は、大きく重くなることについて説明する。
電圧V1が144V、電圧V2aが576V、電圧V3が650Vの昇圧動作を行うこの実施の形態の場合と、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみの構成で電圧を144Vから650Vに昇圧変換する場合（上記実施の形態１での第３の比較例）とにおいて、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルの大きさについて比較する。
まず、双方のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルのインダクタンス値を見積もる。
【０１１５】
この実施の形態の場合（576Vから650Vに昇圧）、入力（576V側）の平均電流を22.5A、駆動周波数を10kHz、コイルに流れる電流の最小値から最大値までのリプル電流ΔIを平均電流22.5Aの1/3の7.5Aとする。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の電圧変換は576Vから650Vであることから、半導体スイッチング素子のオン時間Tonは、
【数５】
2009017772.tif 000007
となり、コイルのインダクタンス値は、
【数６】
2009017772.tif 000008
となる。即ち、このインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路には、874μH、22.5Aのコイルが必要となる。
【０１１６】
次に、第３の比較例の場合（144Vから650Vに昇圧）のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路には、上述したように374μH、90Aのコイルが必要となる。
【０１１７】
この実施の形態のコイル（874μH）と第３の比較例のコイル（374μH）における、許容平均電流値と体積との関係を図１７に示す。この実施の形態のコイル（874μH）の平均電流値は22.5Aで大きさは0.3Lとなり、第３の比較例のコイル（374μH）の平均電流値は90Aで大きさは1.6Lとなる。コイルの重さは大きさに比例することから、第３の比較例のコイル（374μH）は各段と大きく重いことが判る。
従って、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみでＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成した装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は不要であるが、使用するコイルが非常に大きく重くなる。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路は、上述したように半導体スイッチング素子の過渡的な損失が無いため、その駆動周波数を大きくすることができ、使用するインダクタやコンデンサが小形化できると共に、効率も良いため放熱部品も小さく済むことから、小形軽量である。よって、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の組み合わせから構成された、この発明によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のみで構成されたものと比較して小形軽量となる。
【０１１８】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
また、この実施の形態においても、入出力電圧比が４の場合だけではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
【０１１９】
また、上記実施の形態１と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみあるいは降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作が上記第１、第２の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２のMosxLとMosyHはダイオードに置き換えてもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の動作が上記第３、第４の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２のMosyLとMosxHはダイオードに置き換えてもよい。これらの場合、整流素子がオン電圧の大きなダイオードに置き換わっているので、MOSFETを用いたものに比して導通損失が大きくなるが、駆動するための回路素子が不要となるメリットもある。
【０１２０】
また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の替わりに、上記実施の形態２、３で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａ、２ｂを用いても良く、同様の効果が得られる。その場合、この実施の形態と同様に、電圧端子VLを電圧端子VHとし、電圧端子VA、Vcom間の入出力電圧をV2aに、電圧端子VH、Vcom間の入出力電圧をV3とする。
さらに、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１の替わりに、上記実施の形態５で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ａを用いても良く、同様の効果が得られる。その場合、この実施の形態と同様に、電圧端子VHを電圧端子VHaに、電圧端子VLaを電圧端子VLにし、電圧端子VL、Vcoma間の低電圧側入出力電圧をV1に、電圧端子VHa、Vcoma間の高電圧側入出力電圧をV2aとする。
【０１２１】
実施の形態７.
次に、上記実施の形態６によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置をモータ駆動システムへ適用した場合について示す。図１８は、モータ駆動システムのブロック構成を示す図である。ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcom）は、インバータ５の直流側電圧端子対に接続され、インバータ５の３本の交流電圧端子は、モータジェネレータ６の電圧端子とそれぞれ接続されている。モータジェネレータ６の回転子は、エンジン７の駆動回転軸と接続され、モータジェネレータ６から駆動回転軸を回転することも可能であるし、駆動回転軸からモータジェネレータ６の回転子を回転することも可能となっている。ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）にはバッテリ４が接続されている。
【０１２２】
バッテリ４からモータジェネレータ６を駆動する場合、バッテリ４からの電圧をＤＣ／ＤＣ電力変換装置により昇圧してインバータ５に入力し、インバータ５により直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ６に入力する。エンジン７からモータジェネレータ６を駆動する場合、モータジェネレータ６の回転子が回転されることにより、交流電圧が発生する。発生した交流電圧はインバータ５の回生機能により直流電圧に変換され、その直流電圧はＤＣ／ＤＣ電力変換装置により降圧された直流電圧に変換される。そして変換された電圧によりバッテリ４を充電する。
【０１２３】
ここで、インバータ５が故障し動作不能になった場合について説明する。モータジェネレータ６が高回転で回転されると、その回転数に応じた大きな交流電圧が発生し、インバータ５内のダイオードにより整流された大きな直流電圧がＤＣ／ＤＣ電力変換装置に印加されることになる。
ＤＣ／ＤＣ電力変換装置では、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の電圧端子VHがインバータ５の直流側電圧端子対の正極電圧端子に接続されている。このため、この実施の形態では、電圧端子VHに接続されるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２内のMOSFET（MosyH）のみ、他の素子よりも高耐圧で過電圧状態に耐える程度の高耐圧素子とした。そして、インバータ５の故障時にMosyHをオフすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置を過電圧から保護する。
【０１２４】
高耐圧素子は電流導通時の損失が大きいが、この実施の形態では、電圧端子VHに接続される１つのMOSFET（MosyH）のみを他の素子よりも高耐圧の高耐圧素子にすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置に過電圧が印加されても耐圧超過を防止できるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の各素子を高耐圧にする必要がなく、高い変換効率のＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成できる。
【０１２５】
なお、このようなモータ駆動システムへ適用されるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路に、上記実施の形態３で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂを用いても良い。その場合も、電圧端子VHに接続されるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂ内のMOSFET（MosyH）のみ、他の素子よりも高耐圧で過電圧状態に耐える程度の高耐圧素子とすることにより、インバータ５の故障時にMosyHをオフすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置を過電圧から保護することができ、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２６】
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。
図１９はこの発明の実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
図１９に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０および制御回路３０と、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）および高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcom）とから成る。なお、２組の入出力電圧端子対の負極電圧端子Vcomは、この場合、共通の電圧端子で接地されている。そして、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１２７】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、電圧端子VL、Vcom、VHaと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２との接続端子Tm-Vs4、Tm-Cs3を備えている。この回路１０の低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）と共通であり、高電圧側の入出力電圧端子対（VHa、Vcom）の負極電圧端子Vcomも、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）の負極電圧端子Vcomと共通である。
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１２８】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧端子VA、VB、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０との接続端子Tm-Vs4を備えている。この回路２０の２組の入出力電圧端子対（VA、VB）、（VH、VB）は、共通の負極電圧端子VBがコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の接続端子Tm-Cs3に接続される。また、一方の正極電圧端子VAは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧端子対（VHa、Vcom）の正極電圧端子VHaに接続され、他方の正極電圧端子VHは、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）の正極電圧端子VHと共通である。
そして、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０に接続される入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０に接続される入出力電圧端子VA、VB間に出力する機能を有する。
【０１２９】
制御回路３０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０を駆動するためのゲート信号GatexL、GatexH、GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０、２０に出力する。また、電圧端子VLの電圧（V1）および電圧端子VHの電圧（V3）が入力されている。
【０１３０】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の回路構成を図２０に示す。図に示すように、電圧端子VL、Vcom、VHa、およびインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０との接続端子Tm-Vs4、Tm-Cs3以外は、上記実施の形態１の図２で示したものと同様である。この場合、平滑コンデンサCs3の高電圧側端子は、平滑コンデンサCs4の低電圧側端子と電源Vs4の負電圧端子と接続端子Tm−Cs3に接続される。平滑コンデンサCs4の高電圧側端子は、電圧端子VHaに接続される。電源Vs4の正電圧端子は接続端子Tm−Vs4に接続される。
【０１３１】
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。この場合の動作も、上記実施の形態１と同様である。
昇圧動作時には、回路Ａ１は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は、駆動用インバータ回路Ａ１で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３０から出力される昇圧動作時のゲート信号（GateL、GateH）も上記実施の形態１と同様であり、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETに流れる電流とゲート信号との関係も上記実施の形態１の図３で示したものと同様である。
また、降圧動作時には、回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ１は整流回路として動作する。制御回路３０から出力される降圧動作時のゲート信号（GateL、GateH）も上記実施の形態１と同様であり、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETに流れる電流とゲート信号との関係も上記実施の形態１の図４で示したものと同様である。
【０１３２】
このため、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、上記実施の形態１と同様に、入出力電圧比が直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるように駆動され、高い電力変換効率が得られる。また、共振現象を利用してエネルギを移行するため、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
また、比較例として、隣接する回路間、即ちＡ１、Ａ２間、Ａ２、Ａ３間、Ａ３、Ａ４間で中間端子間にＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続して、同様に動作させた場合と比べると、上記実施の形態１と同様に、各ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を流れる電流値を最小のものと等しくできる。このため、エネルギ移行用のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
【０１３３】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の回路構成を、図２１に示す。図に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０との接続端子Tm-Vs4を備えている。これらの電圧端子およびコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０との接続端子以外の回路構成は、上記実施の形態１の図５で示したものと同様である。この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧、即ち、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧して他方の入出力電圧端子VH、VB間、即ち、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、VB（Tm-Cs3）間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０に接続される入出力電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）間に出力する機能を有する。
【０１３４】
次にインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する第１の場合について説明する。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０自身の動作は、上記実施の形態１のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の第１の場合と同様である。
この場合、入出力電圧端子VA、VB間に入力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧であり、電圧V2の約1/4、即ち、電圧V1とほぼ同じ電圧値である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側の出力電圧V2の約1/4の部分電圧である、電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧を降圧調整して、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力する。
【０１３５】
これにより、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に出力される電圧V3を、３×V1から４×V1まで電圧を変化させることができる。このように、第１の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の３〜４倍の電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１３６】
次に、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する第２の場合について説明する。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０自身の動作は、上記実施の形態１のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の第２の場合と同様である。
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側の出力電圧V2の約1/4の部分電圧である、電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧を昇圧調整して、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力する。また、電圧V2は電圧V1の約４倍の電圧である。
【０１３７】
これにより、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に出力される電圧V3を、4×V1よりも大きな電圧に調整することができる。このように、第２の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも大きな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１３８】
次に、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する第３の場合について説明する。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０自身の動作は、上記実施の形態１のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の第３の場合と同様である。
この場合、入出力電圧端子VA、VB間に出力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧となり、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧である。電圧V2は電圧V1の約４倍の電圧である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間の電圧を降圧調整して、電圧V1とほぼ同じ電圧値を電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間に出力する。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に入力される電圧V3は電圧4×V1よりも大きな値となっている。
このように、第３の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧4×V1よりも大きな電圧V3を、電圧V1まで降圧することができる。また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１３９】
次に、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する第４の場合について説明する。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０自身の動作は、上記実施の形態１のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２の第４の場合と同様である。
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間の電圧を昇圧調整して、電圧V1とほぼ同じ電圧値を電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間に出力する。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に入力される電圧V3は、電圧3×V1よりも大きく4×V1よりも小さな電圧値となっている。
このように、第４の場合では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1の３〜４倍の大きさの電圧V3を、電圧V1まで降圧することができる。また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１４０】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の動作における第１〜第４の場合について説明したが、第１の場合、第２の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も昇圧動作を行っている。また、第３の場合、第４の場合は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体も降圧動作を行っている。このように、第１〜第４の場合（動作モード）を切り替えることにより、双方向の電力変換が可能となる。
【０１４１】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０とを組み合わせ、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のゲート信号（GateL、GateH）にて駆動した。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動される。このように、一定のゲート信号で入出力電圧比を、回路数で決まる整数倍に維持するように駆動することで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、電力変換効率を高い状態に維持することができる。
【０１４２】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、一方の入出力電圧端子VA、VB間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧を電圧調整する。このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０にて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。
【０１４３】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、入出力電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧端子対の正極電圧端子VHaに接続した。このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側にインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０を接続したため、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０に流れる電流は、低電圧側と比較して電圧比に応じて小さくなる。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電流が導通することによるコイルLcでのエネルギ損失を無視できないものであるが、上述したように導通電流が小さくなるように構成したため、電力変換効率の低下を抑制できる。
【０１４４】
さらに、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、入出力電圧端子対の負極電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の中間の端子である、平滑コンデンサCs3の高電圧側の端子（接続端子Tm-Cs3）と接続した。このため、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０を構成する素子に印加される最大の電圧が、低電圧側入出力電圧V1とほぼ同じ電圧となる。このように、高電圧側に配置したにもかかわらず、最大印加電圧を低く抑えることができ、素子耐圧の低いMOSFETの使用が可能となる。素子耐圧の低いMOSFETは、オン抵抗が小さいため、導通時の損失が小さくなり電力変換効率が良くなる。また、コイルLcに印加される電圧が小さいため、コイルLcのインダクタンス値を小さく設定できる。このため、コイルLc内の巻き線のターン数を少なくできて、その抵抗値が小さくなり、コイルLcでのエネルギ損失も抑えて、さらに電力変換効率が良くなる。
【０１４５】
以上のようにこの実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０のみでの出力電圧を調整することなく、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、入出力電圧比を回路数で決まる整数倍に維持するように駆動して電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０にて電圧調整させた。
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０にて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧調整のための電力変換で良いため入出力電圧比を大きくする必要がなく小形軽量な回路となるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置としても小形軽量化が図れる。
【０１４６】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
【０１４７】
また、この実施の形態では、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、電圧端子VBを平滑コンデンサCs3の高電圧側の端子（接続端子Tm-Cs3）と接続したが、平滑コンデンサCs2やCs1の高電圧側の端子と接続した構成としてもよい。その場合、電圧V3の下限電圧値を低下することができ、電圧範囲を拡大することが可能となる。
【０１４８】
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の動作が上記第１、第２の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０のMosxLとMosyHはダイオードに置き換えてもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の動作が上記第３、第４の場合のみでよい場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０のMosyLとMosxHはダイオードに置き換えてもよい。これらの場合、整流素子がオン電圧の大きなダイオードに置き換わっているので、MOSFETを用いたものに比して導通損失が大きくなるが、駆動するための回路素子が不要となるメリットもある。
【０１４９】
実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態９では、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。図２０で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の構成は同様である。
この実施の形態９のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの回路構成を、図２２に示す。
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧、即ち、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、降圧して他方の入出力電圧端子VH、VB間、即ち、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、VB（Tm-Cs3）間に入力された電圧を、昇圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０に接続される入出力電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）間に出力する機能を有する。
【０１５０】
図２２に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａは、電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１との接続端子Tm-Vs4を備えている。その他の構成は、上記実施の形態２のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ａと同様である。
制御回路３０では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａを駆動するためのゲート信号GatexL、GatexHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０、２０ａに出力する。
【０１５１】
次に、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も昇圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの動作は、上記実施の形態８において、MosyHは常時オン、MosyLは常時オフとしたの第１の場合と同様である。
【０１５２】
入出力電圧端子VA、VB間に入力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧であり、電圧V2の約1/4、即ち、電圧V1とほぼ同じ電圧値である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側の出力電圧V2の約1/4の部分電圧である、電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧を降圧調整して、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力する。
これにより、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に出力される電圧V3を、３×V1から４×V1まで電圧を変化させることができる。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の３〜４倍の電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１５３】
次に、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も降圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの動作は、上記実施の形態８において、MosyHは常時オン、MosyLは常時オフとした第４の場合と同様である。
【０１５４】
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａは、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間の電圧を昇圧調整して、電圧V1とほぼ同じ電圧値を電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間に出力する。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に入力される電圧V3は、電圧3×V1よりも大きく4×V1よりも小さな電圧値となっている。
このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1の３〜４倍の大きさの電圧V3を、電圧V1まで降圧することができる。また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosxLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１５５】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａとを組み合わせて、双方向の電力変換を行う。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、上記実施の形態８と同様に、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動され、電力変換効率を高い状態に維持することができる。
また、このインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａについても、上記実施の形態８と同様に、一方の入出力電圧端子VA、VB間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧を電圧調整する。
【０１５６】
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａは、電圧調整のための電力変換で良いため入出力電圧比を大きくする必要がなく小形軽量な回路となるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置としても小形軽量化が図れる。
【０１５７】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側にインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａを接続して導通電流が小さくなるように構成したため、電力変換効率の低下を抑制できる。さらに、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａを構成する素子に印加される最大の電圧が、低電圧側入出力電圧V1とほぼ同じ電圧になるため、高電圧側に配置したにもかかわらず、最大印加電圧を低く抑えることができ、素子耐圧の低いMOSFETの使用が可能となると共に、電力変換効率も向上する。
【０１５８】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をコンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
また、この実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの電圧端子VBは平滑コンデンサCs2やCs1の高電圧側の端子と接続した構成としてもよい。その場合、電圧V3の下限電圧値を低下することができ、電圧範囲を拡大することが可能となる。
【０１５９】
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの動作が、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａのMosxLはダイオードに置き換えてもよい。MosxLを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａの動作が、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａのMosxHはダイオードに置き換えてもよい。この場合も、MosxHを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
【０１６０】
実施の形態１０．
次に、この発明の実施の形態１０によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態１０では、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。図２０で示したコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の構成は同様である。
この実施の形態１０のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの回路構成を、図２３に示す。
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧、即ち、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧して他方の入出力電圧端子VH、VB間、即ち、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、VB（Tm-Cs3）間に入力された電圧を、降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０に接続される入出力電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）間に出力する機能を有する。
【０１６１】
図２３に示すように、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂは、電圧端子VA（VHa）、VB（Tm-Cs3）、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０との接続端子Tm-Vs4を備えている。その他の構成は、上記実施の形態３のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２ｂと同様である。
制御回路３０では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０を駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂを駆動するためのゲート信号GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０、２０ｂに出力する。
【０１６２】
次に、この実施の形態のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は昇圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も昇圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの動作は、上記実施の形態８において、MosxHは常時オン、MosxLは常時オフとした第２の場合と同様である。
【０１６３】
この場合、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側の出力電圧V2の約1/4の部分電圧である、電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧を昇圧調整して、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間に出力する。また、電圧V2は電圧V1の約４倍の電圧である。
これにより、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に出力される電圧V3を、4×V1よりも大きな電圧に調整することができる。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧V1から、電圧V1の４倍よりも大きな電圧V3に昇圧することができる。
また、電圧V3を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyLのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１６４】
次に、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する場合について説明する。この場合、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は降圧回路として動作し、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の動作も降圧動作である。
この場合のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの動作は、上記実施の形態８において、MosxHは常時オン、MosxLは常時オフとした第３の場合と同様である。
【０１６５】
この場合、入出力電圧端子VA、VB間に出力される電圧は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧となり、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧である。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂは、電圧端子VHと接続端子Tm-Cs3間の電圧を降圧調整して、電圧V1とほぼ同じ電圧値を電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間に出力する。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、Vcom）に入力される電圧V3は電圧4×V1よりも大きな値となっている。
このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、電圧4×V1よりも大きな電圧V3を、電圧V1まで降圧することができる。また、電圧V1を検出し、その電圧が所定の値になるように、MosyHのオン時間を調整することにより、出力電圧の調整を可能としている。
【０１６６】
以上のように、この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０とインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂとを組み合わせて、双方向の電力変換を行う。コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は、上記実施の形態８と同様に、エネルギ移行時の電流が十分減衰した状態でのスイッチング動作が行なわれると同時に、入出力電圧比が、直列接続された複数の回路Ａ１〜Ａ４の数（４）とほぼ同じになるよう駆動され、電力変換効率を高い状態に維持することができる。
また、このインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂについても、上記実施の形態８と同様に、一方の入出力電圧端子VA、VB間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の電圧端子VHaと接続端子Tm-Cs3間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧を電圧調整する。
【０１６７】
このように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０は電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができる。また、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂは、電圧調整のための電力変換で良いため入出力電圧比を大きくする必要がなく小形軽量な回路となるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置としても小形軽量化が図れる。
【０１６８】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０の高電圧側にインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂを接続して導通電流が小さくなるように構成したため、電力変換効率の低下を抑制できる。さらに、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂを構成する素子に印加される最大の電圧が、低電圧側入出力電圧V1とほぼ同じ電圧となるため、高電圧側に配置したにもかかわらず、最大印加電圧を低く抑えることができ、素子耐圧の低いMOSFETの使用が可能となると共に、電力変換効率も向上する。
【０１６９】
なお、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０内のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を、コンデンサCr12、Cr13、Cr14のみに置き換えて、ＬＣ共振を用いない構成にしても、同様の効果が得られる。
また、この実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの電圧端子VBは平滑コンデンサCs2やCs1の高電圧側の端子と接続した構成としてもよい。その場合、電圧V3の下限電圧値を低下することができ、電圧範囲を拡大することが可能となる。
【０１７０】
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が昇圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの動作が、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂのMosyHはダイオードに置き換えてもよい。MosyHを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
また、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体が降圧動作のみを行う場合、即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂの動作が、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、降圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する場合は、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂのMosyLはダイオードに置き換えてもよい。この場合も、MosyLを整流素子に用いた場合では、導通損失が低減でき電力変換の効率が向上できるが、ダイオードを用いる場合では、駆動するための回路素子が不要となるメリットがある。
【０１７１】
実施の形態１１．
次に、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置をモータ駆動システムへ適用した場合について示す。図２４は、モータ駆動システムのブロック構成を示す図である。上記実施の形態７と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の高電圧側の入出力電圧端子対（VH、Vcom）は、インバータ５の直流側電圧端子対に接続され、インバータ５の３本の交流電圧端子は、モータジェネレータ６の電圧端子とそれぞれ接続されている。モータジェネレータ６の回転子は、エンジン７の駆動回転軸と接続され、モータジェネレータ６から駆動回転軸を回転することも可能であるし、駆動回転軸からモータジェネレータ６の回転子を回転することも可能となっている。ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）にはバッテリ４が接続されている。
【０１７２】
バッテリ４からモータジェネレータ６を駆動する場合、バッテリ４からの電圧をＤＣ／ＤＣ電力変換装置により昇圧してインバータ５に入力し、インバータ５により直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ６に入力する。エンジン７からモータジェネレータ６を駆動する場合、モータジェネレータ６の回転子が回転されることにより、交流電圧が発生する。発生した交流電圧はインバータ５の整流機能により直流電圧に変換され、その直流電圧はＤＣ／ＤＣ電力変換装置により降圧された直流電圧に変換される。そして変換された電圧によりバッテリ４を充電する。
【０１７３】
この実施の形態においても、上記実施の形態７と同様に、電圧端子VHに接続されるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０内のMOSFET（MosyH）のみ、他の素子よりも高耐圧で過電圧状態に耐える程度の高耐圧素子とする。そして、インバータ５の故障時にMosyHをオフすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置を過電圧から保護する。
高耐圧素子は電流導通時の損失が大きいが、この実施の形態では、電圧端子VHに接続される１つのMOSFET（MosyH）のみを他の素子よりも高耐圧の高耐圧素子にすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置に過電圧が印加されても耐圧超過を防止できるため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の各素子を高耐圧にする必要がなく、高い変換効率のＤＣ／ＤＣ電力変換装置を構成できる。
【０１７４】
なお、このようなモータ駆動システムへ適用されるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内のインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路に、上記実施の形態１０で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂを用いても良い。その場合も、電圧端子VHに接続されるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ｂ内のMOSFET（MosyH）のみ、他の素子よりも高耐圧で過電圧状態に耐える程度の高耐圧素子とすることにより、インバータ５の故障時にMosyHをオフすることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置を過電圧から保護することができ、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１７５】
実施の形態１２．
次に、この発明の実施の形態１２によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態１２では、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成は、上記実施の形態８〜１０のいずれの回路２０、２０ａ、２０ｂでも良く、全体構成は、図１９で示した全体構成と同様である。そして、この実施の形態によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、Vcom間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１７６】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａの回路構成を図２５に示す。図に示すように、電圧端子VL、Vcom、VHa、およびインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０との接続端子Tm-Vs4、Tm-Cs3以外は、上記実施の形態５の図１５で示したものと同様である。この場合、平滑コンデンサCs3の高電圧側端子は、平滑コンデンサCs4の低電圧側端子と電源Vs4の負電圧端子と接続端子Tm−Cs3に接続される。平滑コンデンサCs4の高電圧側端子は、電圧端子VHaに接続される。電源Vs4の正電圧端子は接続端子Tm−Vs4に接続される。
【０１７７】
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａは、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。この場合の動作も、上記実施の形態５と同様である。
この実施の形態においても、昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr12、Cr23、Cr34には、インダクタLr12、Lr23、Lr34が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
またこの実施の形態では、整流回路にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【０１７８】
また、この実施の形態では、隣接する回路間にＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続した。上記実施の形態８で示した場合、即ち、整流回路Ａ１と駆動用インバータ回路である他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との間に、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続した場合と比較すると、各ＬＣ直列体を流れる電流は増大するが、コンデンサCr34の印加電圧がコンデンサCr14の1／3、コンデンサCr23の印加電圧がコンデンサCr13の1／2に低減できる効果がある。
【０１７９】
この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂとを組み合わせ、上記実施の形態８と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成を小形軽量化できる。
またこの実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａの電圧端子VHaと接続した効果、さらに電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａの平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続される接続端子Tm-Cs3と接続した効果は上記実施の形態８と同様である。
【０１８０】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａでは、電圧V1からV2の昇圧動作と、電圧V2からV1の降圧動作との双方向の電力変換を可能としたが、電圧V1からV2の昇圧動作のみ、電圧V2からV1の降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
また、この実施の形態では、V1とV2の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
またこの実施の形態において、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１ｃのＬＣ直列体LC12、LC23、LC34をCr12、Cr23、Cr34に置き換えて、ＬＣ共振を利用しない構成としても、同様の効果が期待できる。
【０１８１】
実施の形態１３．
次に、この発明の実施の形態１３によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態１３では、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成は、上記実施の形態８〜１０のいずれの回路２０、２０ａ、２０ｂでも良いが、入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、降圧あるいは昇圧調整して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力する場合に限られる、即ち上記第１、第２の場合で示した動作に限られる。
【０１８２】
この実施の形態によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂの詳細構成を、図２６に基づいて以下に説明する。
図２６に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂは、複数段（この場合４段）の回路A1a〜A4aと、駆動用電源Vs1と、入出力電圧を平滑化し、またエネルギ移行のための電圧源としても機能する平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4と、入出力電圧端子Vcom、VL、VHaと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの入出力電圧端子VBに接続される接続端子Tm-Cs3とから構成される。そして、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１８３】
４段の回路の内、回路A1aは、上記実施の形態８の回路Ａ１と同様であり、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）を直列接続して平滑コンデンサCs1の両端子間に接続して構成される駆動用インバータ回路である。回路A2a〜A4aは、低圧側素子、高圧側素子として２つのダイオード（Di2L、Di2H）（Di3L、Di3H）（Di4L、Di4H）をそれぞれ直列接続して各平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続して構成される整流回路である。４段の回路A1a〜A4aは直列接続され、各回路A1a〜A4a内の２つの素子（MOSFETあるいはダイオード）の接続点を中間端子として、所定の１回路となる駆動用インバータ回路A1aと他の各整流回路A2a、A3a、A4aとの中間端子間に、エネルギ移行用のコンデンサCr12、Cr13、Cr14およびインダクタLr12、Lr13、Lr14の直列体で構成されエネルギ移行素子として機能するＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続する。各段のインダクタLrとコンデンサCrのインダクタンス値と容量値から定まる共振周期の値は、それぞれ等しくなるように設定されている。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
【０１８４】
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂは、回路A1a内のMOSFETを駆動するための、ゲート駆動回路111およびフォトカプラ121L、121Hを備える。電源Vs1は、Mos1Lのソース端子を基準とした、MOSFET、ゲート駆動回路111およびフォトカプラ121L、121Hを駆動するために備えられた電源である。制御回路３０からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により駆動される。
【０１８５】
次に、この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂの動作について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のコンデンサCrの容量値と比較して十分大きな値に設定される。入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力するため、入出力電圧端子VHa、Vcom間からエネルギを出力している状態となり電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V2−V1)／3の電圧が充電されている。
【０１８６】
駆動用インバータ回路A1aは、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET（Mos1L、Mos1H）のオンオフ動作により高電圧側に送り、整流回路A2a〜A4aは、駆動用インバータ回路A1aで駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する。
２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）へのゲート信号GateL、GateHは、上記実施の形態８と同様に生成されるが、上記実施の形態８では整流回路Ａ２〜Ａ４内のMOSFETのソースからドレインに流れていた電流が、この実施の形態では整流回路A2a〜A4a内の各ダイオードを順方向に流れる。
【０１８７】
低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより駆動用インバータ回路A1aのMos1Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr13、Cr14に移行する。
Cs1⇒Di2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Di3L⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Di4L⇒Lr14⇒Cr14⇒Mos1L
【０１８８】
次いで、高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより駆動用インバータ回路A1aのMos1Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr13、Cr14に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Di2H⇒Cs2⇒Mos1H
Cr13⇒Lr13⇒Di3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
Cr14⇒Lr14⇒Di4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
【０１８９】
このように、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の充放電により、平滑コンデンサCs1から平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、Vcom間に出力する。また、各コンデンサCr12、Cr13、Cr14には、インダクタLr12、Lr13、Lr14が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
【０１９０】
また、各ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14に流れる電流I12、I13、I14も上記実施の形態１の場合とほぼ同様である。即ち、この実施の形態においても、上記実施の形態８と同様に、駆動用インバータ回路A1aと他の各整流回路A2a〜A4aとの中間端子間にＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続したため、上記実施の形態８と同様に、エネルギ移行用のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
また、この実施の形態では、整流回路A2a〜A4aにダイオードを用いたため、MOSFETを用いたものに比して導通損失が増大するが、駆動用の電源や回路が不要になる。
【０１９１】
この実施の形態においても、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂとを組み合わせ、上記実施の形態８と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成を小形軽量化できる。
またこの実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂの電圧端子VHaと接続した効果、さらに電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂの平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続される接続端子Tm-Cs3と接続した効果は上記実施の形態８と同様である。
【０１９２】
この実施の形態では、V1とV2の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路A1a〜A4aの直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
またこの実施の形態において、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｂのＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をCr12、Cr13、Cr14に置き換えて、ＬＣ共振を利用しない構成としても、同様の効果が期待できる。
【０１９３】
実施の形態１４．
次に、この発明の実施の形態１４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態１４では、上記実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成は、上記実施の形態８〜１０のいずれの回路２０、２０ａ、２０ｂでも良いが、入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、降圧あるいは昇圧調整して他方の入出力電圧端子VA、VB間に出力する場合に限られる、即ち上記第３、第４の場合で示した動作に限られる。
【０１９４】
この実施の形態によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃの詳細構成を、図２７に基づいて以下に説明する。
図２７に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃは、複数段（この場合４段）の回路A1b〜A4bと、駆動用電源Vs2〜Vs4と、入出力電圧を平滑化し、またエネルギ移行のための電圧源としても機能する平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4と、入出力電圧端子Vcom、VL、VHaと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの入出力電圧端子VBに接続される接続端子Tm-Cs3とから構成される。そして、入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1／4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０１９５】
４段の回路の内、回路A2b〜A4bは、上記実施の形態８と同様に、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos2L、Mos2H）（Mos3L、Mos3H）（Mos4L、Mos4H）を直列接続して、各平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続して構成される駆動用インバータ回路である。また回路A1bは、低圧側素子、高圧側素子としての２つのダイオード（Di1L、Di1H）を直列接続して平滑コンデンサCs1の両端子間に接続して構成される整流回路である。４段の回路A1b〜A4bは直列接続され、各回路A1b〜A4b内の２つの素子（MOSFETあるいはダイオード）の接続点を中間端子として、所定の１回路となる整流回路A1bと他の各駆動用インバータ回路A2b、A3b、A4bとの中間端子間に、エネルギ移行用のコンデンサCr12、Cr13、Cr14およびインダクタLr12、Lr13、Lr14の直列体で構成されエネルギ移行素子として機能するＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続する。各段のインダクタLrとコンデンサCrのインダクタンス値と容量値から定まる共振周期の値は、それぞれ等しくなるように設定されている。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
【０１９６】
また、駆動用インバータ回路A2b〜A4b内のMOSFETを駆動するための、ゲート駆動回路112〜114およびフォトカプラ（122L、122H）〜（124L、124H）を備える。電源Vs2、Vs3、Vs4は、それぞれMos2L、Mos3L、Mos4Lのソース端子を基準とした、MOSFET、ゲート駆動回路112〜114およびフォトカプラ（122L、122H）〜（124L、124H）を駆動するために備えられた電源である。制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により駆動される。
【０１９７】
次に、この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃの動作について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr13、Cr14の容量値と比較して十分大きな値に設定される。入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1／4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力するため、入出力電圧端子VL、Vcom間からエネルギを出力している状態となり、電圧V2は4×V1よりも高い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V2−V1)／3の電圧が充電されている。
駆動用インバータ回路A2b〜A4b内のMOSFETへのゲート信号GateL、GateHは、上記実施の形態１と同様に生成されるが、上記実施の形態１では整流回路Ａ１内のMOSFETのソースからドレインに流れていた電流が、この実施の形態では整流回路A1b内のダイオードを順方向に流れる。
【０１９８】
高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各駆動用インバータ回路A2b〜A4bの高圧側MOSFETであるMos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr13、Cr14に移行する。
Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr14⇒Cr14⇒Di1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr13⇒Cr13⇒Di1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Di1H
【０１９９】
次いで、低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各駆動用インバータ回路A2b〜A4bの低圧側MOSFETであるMos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr13、Cr14に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に移行する。
Cr14⇒Lr14⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Di1L
Cr13⇒Lr13⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Di1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Di1L
【０２００】
このように、コンデンサCr12、Cr13、Cr14の充放電により、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4から平滑コンデンサCs1にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VHa、Vcom間に入力された電圧V2を、約1／4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。また、各コンデンサCr12、Cr13、Cr14には、インダクタLr12、Lr13、Lr14が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
【０２０１】
この実施の形態においても、上記実施の形態８と同様に、整流回路A1bと他の各駆動用インバータ回路A2b、A3b、A4bとの中間端子間にＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続したため、上記実施の形態１と同様に、エネルギ移行用のＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
また、この実施の形態では、整流回路A1bにダイオードを用いたため、MOSFETを用いたものに比して導通損失が増大するが、駆動用の電源や回路が不要になる。
【０２０２】
この実施の形態においても、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂとを組み合わせ、上記実施の形態８と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成を小形軽量化できる。
またこの実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃの電圧端子VHaと接続した効果、さらに電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃの平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続される接続端子Tm-Cs3と接続した効果は上記実施の形態８と同様である。
【０２０３】
この実施の形態では、V1とV2の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路A1b〜A4bの直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
またこの実施の形態において、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｃのＬＣ直列体LC12、LC13、LC14をCr12、Cr13、Cr14に置き換えて、ＬＣ共振を利用しない構成としても、同様の効果が期待できる。
【０２０４】
上記実施の形態１３、１４では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の整流回路として動作する回路（Ａ２〜Ａ４／Ａ１）内の低圧側素子、高圧側素子をダイオードで構成し、昇圧動作のみ、あるいは降圧動作のみ可能な回路構成とした。
このように、整流回路内の素子をダイオードで構成し、昇圧動作のみ、あるいは降圧動作のみとする構成は、上記各実施の形態１〜１２の各コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路にも適用できる。いずれの場合も、昇圧動作のみの場合、整流回路として動作する回路Ａ２〜Ａ４をダイオードで構成し、降圧動作のみの場合、整流回路として動作する回路Ａ１をダイオードで構成する。これにより、MOSFETを用いたものに比して導通損失が増大するが、不要になったMOSFETに対応する駆動用の電源や回路が不要になる。
【０２０５】
実施の形態１５．
次に、この発明の実施の形態１５によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。
図２８は、この発明の実施の形態１５によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
図２８に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０および制御回路３０と、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）および高電圧側の入出力電圧端子対（VH、VC）とから成る。なお、電圧端子Vcomは接地されている。そして、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、VC間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、VC間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０２０６】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、電圧端子VL、Vcom、VHa、VCと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０との接続端子Tm-Vs4を備えている。この回路１０ｄの低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の低電圧側入出力電圧端子対（VL、Vcom）と共通であり、高電圧側の入出力電圧端子対（VHa、VC）の負極電圧端子VCも、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、VC）の負極電圧端子VCと共通である。
そして、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０２０７】
インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の構成は、上記実施の形態８で示したものと同様で、電圧端子VA、VB、VHと、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄとの接続端子Tm-Vsを備えている。この場合、回路２０の２組の入出力電圧端子対（VA、VB）、（VH、VB）は、共通の負極電圧端子VBがコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの電圧端子VLに接続される。また、一方の正極電圧端子VAは、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの高電圧側入出力電圧端子対（VHa、VC）の正極電圧端子VHaに接続され、他方の正極電圧端子VHは、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体の高電圧側入出力電圧端子対（VH、VC）の正極電圧端子VHと共通である。
そして、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄに接続される入出力電圧端子VA、VB間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧して他方の入出力電圧端子VH、VB間に出力したり、逆に入出力電圧端子VH、VB間に入力された電圧を、昇圧あるいは降圧してコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄに接続される入出力電圧端子VA、VB間に出力する機能を有する。
【０２０８】
制御回路３０も上記実施の形態８で示したものと同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄを駆動するためのゲート信号GateL、GateHと、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０を駆動するためのゲート信号GatexL、GatexH、GateyL、GateyHとを生成し、各ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄ、２０に出力する。また、電圧端子VL、VH、VCの各電圧が入力され、電圧V1、V3を検出している。
【０２０９】
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの詳細構成を、図２９に基づいて以下に説明する。上述したように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に出力したり、高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。
【０２１０】
図２９に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、上記実施の形態８と同様に、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）（Mos2L、Mos2H）（Mos3L、Mos3H）（Mos4L、Mos4H）を直列接続して、各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続した４段の回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を直列接続して構成される。この場合、低電圧側の正極電圧端子VLは平滑コンデンサCs3とCs4の接続点に接続され、接地された低電圧側の負極電圧端子Vcomは平滑コンデンサCs2とCs3の接続点に接続されている。また、高電圧側の正極電圧端子VHaは平滑コンデンサCs4の高電圧側端子に接続され、高電圧側の負極電圧端子VCは平滑コンデンサCs1の低電圧側端子に接続されている。
【０２１１】
そして、各回路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４内の２つのMOSFETの接続点を中間端子として、所定の１回路となる回路Ａ３と他の各回路Ａ１、Ａ２、Ａ４との中間端子間に、エネルギ移行用のコンデンサCr13、Cr23、Cr34およびインダクタLr13、Lr23、Lr34の直列体で構成されエネルギ移行素子として機能するＬＣ直列体LC13、LC23、LC34を接続する。各段のインダクタLrとコンデンサCrのインダクタンス値と容量値から定まる共振周期の値は、それぞれ等しくなるように設定されている。
なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。
また、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１は、各回路Ａ１〜Ａ４内のMOSFETを駆動するための、電源Vs1〜Vs4とゲート駆動回路111〜114とフォトカプラ（121L、121H）〜（124L、124H）を備える。
【０２１２】
次にコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、VC間に出力する場合について説明する。
回路Ａ３は、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET（Mos3L、Mos3H）のオンオフ動作により高電圧側に送る駆動用インバータ回路として動作する。また、回路Ａ１、Ａ２、Ａ４は、駆動用インバータ回路Ａ３で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３０からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により各回路が駆動される。
【０２１３】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr13、Cr23、Cr34の容量値と比較して十分大きな値に設定される。
上述したように、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、VC間に出力するため、電圧端子VHa、VC間からエネルギを出力している状態となり、電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs3には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4には平均的に(V2−V1)／3の電圧が充電されている。
ゲート信号（GateL、GateH）は、上記実施の形態８と同様に、LrとCrによるＬＣ直列体LC13、LC23、LC34にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号である。
【０２１４】
各回路Ａ１〜Ａ４の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr23、Cr13に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs1に、以下に示す経路で移行する。
Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3L
Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Mos2L
Cr13⇒Lr13⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
【０２１５】
次いで、各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs4に、平滑コンデンサCs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr13、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Mos3H
Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1H
【０２１６】
このように、コンデンサCr13、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs3から平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして入出力電圧端子VHa、VC間に出力する。
【０２１７】
次に、入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する動作について説明する。
この場合、回路Ａ１、Ａ２、Ａ４は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ３は、駆動用インバータ回路で駆動された電流を整流し、エネルギを低電圧側へ移行する整流回路として動作する。制御回路３からゲート信号（GateL、GateH）が出力され、これらゲート信号により各回路が同様に駆動される。
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力するため、電圧端子VL、Vcom間からエネルギを出力している状態となり、電圧V2は4×V1よりも高い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs3には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4には平均的に(V2−V1)／3の電圧が充電されている。
ゲート信号（GateL、GateH）は、LrとCrによるＬＣ直列体LC13、LC23、LC34にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号であることは昇圧動作の場合と同様である。
【０２１８】
各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs4に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr23、Cr13に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs3に、以下に示す経路で移行する。
Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3H
Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Mos2H
Cr13⇒Lr13⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
【０２１９】
次いで、各回路Ａ１〜Ａ４の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs3に、平滑コンデンサCs1、Cs2に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr13、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Mos3L
Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1L
【０２２０】
このように、コンデンサCr13、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4から平滑コンデンサCs3にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。
【０２２１】
上記昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr13、Cr23、Cr34には、インダクタLr13、Lr23、Lr34が直列に接続されてＬＣ直列体LC13、LC23、LC34を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
またこの実施の形態では、整流回路にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【０２２２】
また、この実施の形態では、平滑コンデンサCs3の両端子に低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcomが接続された駆動用インバータ回路Ａ３と整流回路である他の各回路Ａ１、Ａ２、Ａ４との間に、ＬＣ直列体LC13、LC23、LC34を接続した。このため、上記実施の形態１と同様に、各ＬＣ直列体LC13、LC23、LC34を流れる電流値を最小のものと等しくして、該電流値を低減できる。このため、エネルギ移行用のＬＣ直列体LC13、LC23、LC34のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低減でき、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
【０２２３】
また、上記実施の形態８では、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）を平滑コンデンサCs1の両端子に接続したが、この実施の形態では、他の回路に挟まれた中間に位置する回路Ａ３の平滑コンデンサCs3の両端子に接続して、電圧V1を平滑コンデンサCs3の端子間に入力した。上記実施の形態１におけるＬＣ直列体LC12、LC13、LC14のコンデンサCr12、Cr13、Cr14の電圧をV12r、V13r、V14rとし、この実施の形態におけるＬＣ直列体LC13、LC23、LC34のコンデンサCr13、Cr23、Cr34の電圧をV13、V23、V34とすると、
V12r：V13r：V14r＝１：２：３
V34：V13：V23＝１：２：１
V34＝V23＝V12r
となる。
【０２２４】
このように、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）を、他の回路に挟まれた中間に位置する回路Ａ３の平滑コンデンサCs3の両端子に接続することで、この実施の形態のコンデンサCr23の電圧は、実施の形態８のコンデンサCr14の電圧の1/3となる。このように、ＬＣ直列体LC13、LC23、LC34のコンデンサCr13、Cr23、Cr34の電圧を低減することにより、上記実施の形態１よりもコンデンサCr13、Cr23、Cr34の電圧定格を低下させ、コンデンサをさらに小形化できる。
【０２２５】
この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０とを組み合わせ、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、ＬＣ直列体LC13、LC23、LC34にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のゲート信号（GateL、GateH）にて駆動した。このように、一定のゲート信号で入出力電圧比を、回路数で決まる整数倍に維持するように駆動することで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは、電力変換効率を高い状態に維持することができる。
そして、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０は、上記実施の形態８と同様に動作し、一方の入出力電圧端子VA、VB間に入出力される電圧を、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの電圧端子VHa、VL間の電圧とすることで、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの高電圧側入出力電圧V2の約1/4の部分電圧を電圧調整する。
【０２２６】
このため上記実施の形態８と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０にて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成を小形軽量化できる。
またこの実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０の電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの電圧端子VHaと接続した効果、さらに電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続される電圧端子VLと接続した効果は上記実施の形態８と同様である。
【０２２７】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄでは、電圧V1からV2の昇圧動作と、電圧V2からV1の降圧動作との双方向の電力変換を可能としたが、電圧V1からV2の昇圧動作のみ、電圧V2からV1の降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
また、上記実施の形態１３、１４で示したように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄの整流回路を構成するMOSFETをダイオードに置き換えた構成にして、電圧V1から電圧V2へのエネルギ移行のみのコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路（図示せず）や、電圧V2から電圧V1へのエネルギ移行のみのコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路（図示せず）にすることもできる。
【０２２８】
また、この実施の形態では、V1とV2の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
またこの実施の形態において、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄのＬＣ直列体LC13、LC23、LC34をCr13、Cr23、Cr34に置き換えて、ＬＣ共振を利用しない構成としても、同様の効果が期待できる。
【０２２９】
また、この実施の形態では、上記実施の形態８で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０を用いたが、上記実施の形態９、１０で示したインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０ａ、２０ｂであっても良く、同様の効果が得られる。
【０２３０】
実施の形態１６．
次に、この発明の実施の形態１６によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置について説明する。この実施の形態１６では、上記実施の形態１５によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置と、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成が異なるものを示す。インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成は、上記実施の形態８〜１０のいずれの回路２０、２０ａ、２０ｂでも良く、全体構成は、図２８で示した全体構成と同様である。そして、この実施の形態によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、電圧V3へ昇圧して高電圧側の入出力電圧端子VH、VC間に出力したり、逆に、高電圧側の入出力電圧端子VH、VC間に入力された電圧V3を、電圧V1へ降圧して低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する機能を有する。
【０２３１】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅの詳細構成を、図３０に基づいて以下に説明する。
コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅは、低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に出力したり、逆に、高圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。
図３０に示すように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅは、図２５にて示した上記実施の形態１２におけるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ａと、入出力電圧端子対（VL、Vcom）、（VHa、VC）の接続構成のみ異なるものである。即ち、低電圧側の正極電圧端子VLは平滑コンデンサCs3とCs4の接続点に接続され、接地された低電圧側の負極電圧端子Vcomは平滑コンデンサCs2とCs3の接続点に接続されている。また、高電圧側の正極電圧端子VHaは平滑コンデンサCs4の高電圧側端子に接続され、高電圧側の負極電圧端子VCは平滑コンデンサCs1の低電圧側端子に接続されている。
【０２３２】
次にコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅの動作について説明する。
まず、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に出力する場合について説明する。
回路Ａ３は、電圧端子VL、Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET（Mos3L、Mos3H）のオンオフ動作により高電圧側に送る駆動用インバータ回路に用いられる。また、回路Ａ１、Ａ２、Ａ４は、駆動用インバータ回路Ａ３で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として用いられる。
【０２３３】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr23、Cr34の容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VHa、VC間に出力するため、電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs3には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4には平均的に(V2-V1)/3の電圧が充電されている。
ゲート信号GateL、GateHは、上記実施の形態８と同様に、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号である。
【０２３４】
各回路Ａ１〜Ａ４の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr23、Cr12に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs1に、以下に示す経路で移行する。
Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3L
Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Mos2L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
【０２３５】
次いで、各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs4に、平滑コンデンサCs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr12、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Mos3H
Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
【０２３６】
このように、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs3から平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VL、Vcom間に入力された電圧V1を、約４倍に昇圧された電圧V2にして高電圧側の入出力電圧端子VHa、VC間に出力する。
【０２３７】
次に、入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する動作について説明する。
この場合、回路Ａ４は駆動用インバータ回路として動作し、回路Ａ１〜Ａ３は整流回路として動作する。この整流回路Ａ１〜Ａ３の内、回路Ａ３は実質的に整流のために用いられるが、回路Ａ１、Ａ２は、MOSFET（Mos1L、Mos1H、Mos2L、Mos2H）のオンオフ動作により、コンデンサCr12、Cr23へのエネルギ移行も行うので、駆動用インバータ回路の役割もなす。
【０２３８】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr23、Cr34の容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL、Vcom間に出力するため、電圧V2は4×V1よりも高い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs3には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4には平均的に(V2-V1)/3の電圧が充電されている。
ゲート信号GateL、GateHは、上記実施の形態８と同様に、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期Ｔを周期とし、デューティ約50％のオンオフ信号である。
【０２３９】
高圧側MOSFETへのゲート信号により各回路Ａ４、Ａ１〜Ａ３の高圧側MOSFETであるMos4H、Mos1H、Mos2H、Mos3Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs4に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr12、Cr23に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs3に、以下に示す経路で移行する。
Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3H
Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Mos2H
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
【０２４０】
次いで、低圧側MOSFETへのゲート信号により、各回路Ａ４、Ａ１〜Ａ３の低圧側MOSFETであるMos4L、Mos1L、Mos2L、Mos3Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs3に、平滑コンデンサCs1、Cs2に蓄えられたエネルギの一部がコンデンサCr12、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Mos3L
Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
【０２４１】
このように、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4から平滑コンデンサCs3にエネルギを移行する。そして、入出力電圧端子VHa、VC間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして低電圧側の入出力電圧端子VL、Vcom間に出力する。
【０２４２】
上記昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr12、Cr23、Cr34には、インダクタLr12、Lr23、Lr34が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を構成するため、上記エネルギの移行は共振現象を利用したものとなり、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
またこの実施の形態では、整流回路にMOSFETを用いたため、ダイオードを用いたものに比して導通損失が低減でき、電力変換の効率が向上できる。
【０２４３】
また、この実施の形態では、隣接する回路間にＬＣ直列体LC12、LC23、LC34を接続した。上記実施の形態８で示した場合、即ち、整流回路Ａ１と駆動用インバータ回路である他の各回路Ａ２、Ａ３、Ａ４との間に、ＬＣ直列体LC12、LC13、LC14を接続した場合と比較すると、各ＬＣ直列体を流れる電流は増大するが、コンデンサCr34の印加電圧がコンデンサCr14の1／3、コンデンサCr23の印加電圧がコンデンサCr13の1／2に低減できる効果がある。
【０２４４】
また、上記実施の形態１２では、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）を回路Ａ１の平滑コンデンサCs1の両端子に接続したが、この実施の形態では、他の回路に挟まれた中間に位置する回路Ａ３の平滑コンデンサCs3の両端子に接続して、電圧V1を平滑コンデンサCs3の端子間に入力する。上記実施の形態１２におけるＬＣ直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流値をI12r、I23r、I34rとし、この実施の形態におけるＬＣ直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流値をI12、I23、I34とすると、
I12r：I23r：I34r＝３：２：１
I12：I23：I34＝１：２：１
I12＝I34＝I34r
となる。
【０２４５】
このように、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）を他の回路に挟まれた中間に位置する回路Ａ３の平滑コンデンサCs3の両端子に接続することで、ＬＣ直列体LC12を流れる電流値I12を上記実施の形態１２の場合と比べて1/3に低減することができる。このため、エネルギ移行用のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
【０２４６】
この実施の形態では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅとインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂとを組み合わせ、上記実施の形態８と同様に、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅは電力変換効率を高い状態に維持させ、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂにて電圧調整させることで、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置全体では、電力変換効率を高い状態に維持しつつ出力電圧を調整することができ、装置構成を小形軽量化できる。
またこの実施の形態においても、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２０、２０ａ、２０ｂの電圧端子VAをコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅの電圧端子VHaと接続した効果、さらに電圧端子VBを、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅの平滑コンデンサCs3の高電圧側端子に接続される電圧端子VLと接続した効果は上記実施の形態８と同様である。
【０２４７】
この実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅでは、電圧V1からV2の昇圧動作と、電圧V2からV1の降圧動作との双方向の電力変換を可能としたが、電圧V1からV2の昇圧動作のみ、電圧V2からV1の降圧動作のみの片方向の電力変換に限定して動作させてもよい。
また、上記実施の形態１３、１４で示したように、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅの整流回路を構成するMOSFETをダイオードに置き換えた構成にして、電圧V1から電圧V2へのエネルギ移行のみのコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路（図示せず）や、電圧V2から電圧V1へのエネルギ移行のみのコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路（図示せず）にすることもできる。
【０２４８】
また、この実施の形態では、V1とV2の電圧比が４の場合について示したが、これに限るものではなく、回路Ａ１〜Ａ４の直列数を増減することにより様々な電圧比の電力変換が可能となる。
またこの実施の形態において、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｅのＬＣ直列体LC12、LC23、LC34をCr12、Cr23、Cr34に置き換えて、ＬＣ共振を利用しない構成としても、同様の効果が期待できる。
【０２４９】
また上記実施の形態１５、１６では、コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄ、１０ｅを、低電圧側の入出力電圧端子対（VL、Vcom）を他の回路に挟まれた中間に位置する様に構成した。このような構成のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄ、１０ｅは上記実施の形態１〜７にも適用できる。即ち、インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路２、２ａ、２ｂの一方の入出力電圧端子対（VA、Vcom）をコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路１０ｄ、１０ｅのいずれか一方の入出力電圧端子対に接続して、同様に動作させることで同様の効果が得られる。
【０２５０】
また、上記各実施の形態では、各半導体スイッチング素子に、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETを用いたが、ＩＧＢＴ等、制御電極でオンオフ動作が制御できる他の半導体スイッチング素子でも良く、その場合ダイオードが逆並列接続されたものを用い、このダイオードがパワーMOSFETの寄生ダイオードの機能を果たす。これにより、上記各実施の形態と同様の制御により同様の効果が得られる。
【０２５１】
また、上記各実施の形態のコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路では、各コンデンサCrとインダクタLrとのＬＣ直列体を用いたが、インダクタLrは、各コンデンサCrの充放電経路内に接続されていれば良く、同様にＬＣ共振を利用したエネルギ移行が行える。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】この発明の実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の降圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作における第１の場合のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作における第２の場合のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作における第３の場合のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作における第４の場合のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作に対する比較例を説明するゲート信号および各部の電流波形を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の動作と比較例との効率を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルの大きさを比較例と共に示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態５によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態６によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態６によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路のコイルの大きさを比較例と共に示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態７によるモータ駆動システムのブロック構成を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態８によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態８によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態９によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態１０によるインダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態１１によるモータ駆動システムのブロック構成を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態１２によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２６】この発明の実施の形態１３によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２７】この発明の実施の形態１４によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態１５によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【図２９】この発明の実施の形態１５によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態１６によるコンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１，１ａ  コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路、
２，２ａ，２ｂ  インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路、
１０，１０ａ〜１０ｅ  コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路、
２０，２０ａ，２０ｂ  インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路、
Ａ１〜Ａ４  回路（駆動用インバータ回路／整流回路）、
A1a  回路（駆動用インバータ回路）、A2a〜A4a  回路（整流回路）、
A1b  回路（整流回路）、A2b〜A4b  回路（駆動用インバータ回路）、
Cr12，Cr13，Cr14，Cr23，Cr34  コンデンサ、Cs1〜Cs4  平滑コンデンサ、
Di1L〜Di4L  低圧側ダイオード、Di1H〜Di4H  高圧側ダイオード、
GateL，GateH  ゲート信号、Lc  インダクタとしてのコイル、
Lr12，Lr13，Lr14，Lr23，Lr34  インダクタ、Mos1L〜Mos4L  低圧側MOSFET、
Mos1H〜Mos4H  高圧側MOSFET、MosxH，MosxL，MosyH，MosyL  MOSFET、
（MosxH、MosxL）  駆動用素子直列体としての第１の直列体、
（MosyH、MosyL）  駆動用素子直列体としての第２の直列体、
（VL、Vcom），（VL、Vcoma）  低電圧側入出力電圧端子対
（VH、Vcom），（VH、Vcoma），（VH、VC）  高電圧側入出力電圧端子対、
（VLa、Vcoma），（VL、Vcoma），（VL、Vcom）  コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の低電圧側入出力電圧端子対、
（VH、Vcoma），（VHa、Vcoma），（VHa、Vcom），（VHa、VC）  コンデンサ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の高電圧側入出力電圧端子対、
（VA、VB），（VH、VB），（VA、Vcom），（VH、Vcom）  インダクタ式ＤＣ／ＤＣ電力変換回路の入出力電圧端子対、
Ｔ  駆動周期（共振周期）、Tm-Cs3  接続端子。
【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】
2009017772.tif 000013
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2009017772.tif 000030
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2009017772.tif 000034
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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