(57)【要約】【課題】複数のコンデンサ間の電圧差を利用して各コンデンサを充放電させてエネルギ移行させるＤＣ／ＤＣ電力変換装置において、装置の起動時に過電流を流すことなく各コンデンサを初期充電する。【解決手段】２直列のMOSFETを平滑コンデンサCsの両端子間に接続した回路を直列接続し、回路間にコンデンサCrとインダクタの直列体LC4を等しい共振周期にて配設した電力変換回路CONV1の入力側に電源装置２を接続し、起動時には、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、電力変換回路CONV1内の各MOSFETへのゲート信号を生成することで、各平滑コンデンサCs、コンデンサCrを徐々に初期充電する。【選択図】図１
2009195048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の半導体スイッチング素子と複数のコンデンサとを備え、上記複数のコンデンサ間の電圧差を利用して各コンデンサを充放電させてエネルギ移行するＤＣ／ＤＣ電力変換回路と、
コンタクタと突入電流防止用抵抗とを直列接続した直列体を該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と入力電圧源との間に接続して成る電源装置と、
上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と上記電源装置とを制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記コンタクタをオンして上記電源装置を起動させ上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ上記直列体を介した入力電圧を供給開始すると同時あるいは以前に、上記各半導体スイッチング素子を駆動して上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を起動させることを特徴とするＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項２】
上記突入電流防止用抵抗をバイパスさせるバイパス用コンタクタと、上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の上記コンデンサの初期充電完了検知手段とを備え、
上記制御回路は、上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の上記コンデンサの初期充電完了後に上記バイパス用コンタクタをオンさせて上記突入電流防止用抵抗をバイパスさせることを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項３】
上記初期充電完了検知手段は、上記コンタクタをオンして上記電源装置を起動させてからの時間を計測し、所定時間経過すると初期充電完了を検知することを特徴とする請求項２記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項４】
上記初期充電完了検知手段は、上記複数のコンデンサの内、所定の１あるいは複数のコンデンサの電圧を検出し、該電圧が所定の値を超えるとき初期充電完了を検知することを特徴とする請求項２記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項５】
上記初期充電完了検知手段は、上記複数のコンデンサの内、所定の１あるいは複数のコンデンサの電圧を検出し、該電圧の単位時間に対する変化量が、所定値以下であるときに初期充電完了を検知することを特徴とする請求項２記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項６】
上記初期充電完了検知手段は、上記直列体を流れる電流を検出し、該電流が所定値以下であるときに初期充電完了を検知することを特徴とする請求項２記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項７】
上記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用の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用の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して複数段回路を構成すると共に、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たことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項８】
上記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を充放電する経路にインダクタを配したことを特徴とする請求項７記載のＤＣ／ＤＣ電力変換装置。
【請求項９】
上記入力電圧源は直流電圧源であることを特徴とする請求項１〜８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、直流電圧を生成する従来の電源装置は、主電源入力路を開閉するスイッチと、該スイッチと直列に設けられ電源投入時の突入電流を制限するための電流制限抵抗とを備えて、電源投入時に大きな突入電流を流すことなく電源供給する（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１９１６３８号公報
【特許文献２】特開２００１−３２０８７５号公報
【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、複数のコンデンサ間の電圧差を利用して各コンデンサを充放電させてエネルギ移行させるために、電圧差が大きいと大きな電流が流れてしまう。このようなＤＣ／ＤＣ電力変換装置に、仮に特許文献２に示す電源装置を用いて電源投入すると、入力直流電圧が充電されるコンデンサには大きな突入電流を流すことなく初期充電できても、該コンデンサと他のコンデンサとの電圧差により該他のコンデンサへの大きな電流が流れる。このため、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置内の各部や入力電源が劣化する等の問題点があった。
【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、複数のコンデンサ間の電圧差を利用して各コンデンサを充放電させてエネルギ移行させるＤＣ／ＤＣ電力変換装置において、装置の起動時に過電流を流すことなく各コンデンサを初期充電することを目的とする。
【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、直列接続された複数の半導体スイッチング素子と複数のコンデンサとを備え、上記複数のコンデンサ間の電圧差を利用して各コンデンサを充放電させてエネルギ移行するＤＣ／ＤＣ電力変換回路と、コンダクタと突入電流防止用抵抗とを直列接続した直列体を該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と入力電圧源との間に接続して成る電源装置と、上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路と上記電源装置とを制御する制御回路とを備える。そして、上記制御回路は、上記コンタクタをオンして上記電源装置を起動させ上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ上記直列体を介した入力電圧を供給開始すると同時あるいは以前に、上記各半導体スイッチング素子を駆動して上記ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を起動させるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、起動時に、電源装置を起動させてＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ入力電圧を供給開始した時点には、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各半導体スイッチング素子が駆動制御されているため、突入電流防止用抵抗により制限された電流により各コンデンサは徐々に電圧が上昇するように初期充電できる。このため、起動時の過電流が防止された信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置が得られる。
【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電力変換装置の構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、主回路であるＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２と、制御回路１０とを備える。
【０００９】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は、コンデンサの充放電を利用した電力変換回路であり、直流電圧を３倍に昇圧あるいは1／3倍に降圧した直流電圧に変換する機能を有する。このＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は、入出力電圧V1、V2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と、複数の半導体スイッチング素子であるMOSFETとを備え、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos1L、Mos1H）（Mos2L、Mos2H）（Mos3L、Mos3H）を直列接続して各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3の両端子間に接続した回路Ａ１、Ａ２、Ａ３を直列接続して構成される。そして、各回路Ａ１、Ａ２、Ａ３内の２つのMOSFETの接続点を中間端子として、回路Ａ１と他の各回路Ａ２、Ａ３との中間端子間に、コンデンサCr12、Cr13およびインダクタLr12、Lr13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を接続する。
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。
【００１０】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の接続の詳細について説明する。平滑コンデンサCs1の両端子は、それぞれ電圧端子VLとVcomに接続され、電圧端子Vcomは接地されている。平滑コンデンサCs1のVL側電圧端子は、平滑コンデンサCs2の一方の端子に接続され、平滑コンデンサCs2の他方の端子は平滑コンデンサCs3の一方の端子に、平滑コンデンサCs3の他方の端子は電圧端子VHに接続されている。
Mos1Lのソース端子は電圧端子Vcomに、ドレイン端子はMos1Hのソース端子に、Mos1Hのドレイン端子は電圧端子VLに接続されている。Mos2Lのソース端子は平滑コンデンサCs2の低電圧側の端子に、Mos2Lのドレイン端子はMos2Hのソース端子に、Mos2Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs2の高電圧側の端子に接続されている。Mos3Lのソース端子は平滑コンデンサCs3の低電圧側の端子に、Mos3Lのドレイン端子はMos3Hのソース端子に、Mos3Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs3の高電圧側の端子に接続されている。
【００１１】
ＬＣ直列体LC12の一端は、Mos1LとMos1Hの接続点に接続され、他端はMos2LとMos2Hの接続点に接続されている。ＬＣ直列体LC13の一端は、Mos1LとMos1Hの接続点に接続され、他端はMos3LとMos3Hの接続点に接続されている。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。
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。ゲート駆動回路は、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。Mos2L、Mos2Hのゲート端子はゲート駆動回路112の出力端子に接続され、ゲート駆動回路112の入力端子には、Mos2L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。Mos3L、Mos3Hのゲート端子はゲート駆動回路113の出力端子に接続され、ゲート駆動回路113の入力端子には、Mos3L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。
【００１２】
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。Mos2L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122Lから、Mos2H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122Hから出力される。Mos3L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ123Lから、Mos3H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ123Hから出力される。フォトカプラ121L、122L、123Lには、ゲート信号GateLが入力される。フォトカプラ121H、122H、123Hには、ゲート信号GateHが入力される。
電源Vs1、Vs2、Vs3は、それぞれMos1L、Mos2L、Mos3Lのソース端子を基準とした、MOSFET、ゲート駆動回路、フォトカプラを駆動するために備えられた電源である。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２は、直流電圧源であるバッテリVbattと、コンタクタMC1と突入電流防止用抵抗R1との直列体と、突入電流防止用抵抗R1に並列接続されて突入電流防止用抵抗R1をバイパスさせるバイパス用コンタクタMC2とを備える。そして、バッテリVbattとコンタクタMC1と突入電流防止用抵抗R1とは直列に接続される。バッテリVbattの正極側端子はコンタクタMC1と突入電流防止用抵抗R1とを介してＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の電圧端子VLに接続され、負極側端子はＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の電圧端子Vcomに接続される。
【００１４】
制御回路１０は、マイクロコンピュータ等の信号処理回路１０ａと時間を計測するタイマ１０ｂとを備え、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動するためのゲート信号GateL、GateHを生成して出力すると共に、電源装置２内のコンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2のオンオフを制御するオンオフ信号を出力する。
【００１５】
次に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の動作について、起動時と通常時とのそれぞれの場合について説明する。
なお、通常時の動作とは、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13がそれぞれ充電されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1が動作すると共に、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2がそれぞれオンして電源装置２からＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1へ入力電圧が供給されている状態である。この時、電源装置２では、突入電流防止用抵抗R1はバイパスされ、バッテリVbattは、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2を介してＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の平滑コンデンサCs1に入力電圧を供給する。
【００１６】
通常時のＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の動作について説明する。
低電圧側の電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約３倍に昇圧された電圧V2にして高圧側の電圧端子VH−Vcom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、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る駆動用インバータ回路として動作する。また、回路Ａ２、Ａ３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１０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。
【００１７】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr13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、電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約３倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧端子VH−Vcom間からエネルギを出力している状態となり、電圧V2は3×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には平均的に(V2−V1)／2の電圧が充電されている。
【００１８】
制御回路１０にて生成されるゲート信号GateH、GateLは、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13にて定まる共振周期と同等の周期Ｔでデューティー約50％のオンオフ信号であり、GateHとGateLとはオンとオフとが相反する信号である。なお、MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
【００１９】
低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ１〜Ａ３の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L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に移行する。
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1L
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs1の電圧より大きな電圧まで充電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs1、Cs2の電圧より大きな電圧まで充電される。
【００２０】
次いで、高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ１〜Ａ３の高圧側MOSFETである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Cr12、Cr13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Cs2、Cs3に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2⇒Mos1H
Cr13⇒Lr13⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs2の電圧より小さな電圧まで放電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧より小さな電圧まで放電される。
【００２１】
このように、コンデンサCr12、Cr13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にエネルギを移行する。そして、電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約３倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力する。
この実施の形態では、電圧端子VL−Vcom間にバッテリVbattが接続されているため、通常、電圧端子VH−Vcom間には負荷が接続され、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は主として昇圧回路として動作して負荷に電力が供給される。
【００２２】
出力側に接続される負荷によって回生動作を伴う場合があり、電圧V2が3×V1よりも高くなることがある。その場合、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は、電圧端子VH−Vcom間に入力された電圧V2を、約1／3倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL−Vcom間に出力する降圧回路として動作し、この降圧動作について以下に説明する。
降圧回路として動作するときは、回路Ａ２、Ａ３は電圧端子VH−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET（Mos2L、Mos2H、Mos3L、Mos3H）のオンオフ動作により低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は、駆動用インバータ回路Ａ２、Ａ３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用いられる。
制御回路１０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。このゲート信号GateL、GateHは、昇圧動作の場合と同様に、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13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、GateHとGateLとはオンとオフとが相反する信号である。
【００２３】
高圧側MOSFETへのゲート信号GateHにより各回路Ａ１〜Ａ３の高圧側MOSFETである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に移行する。
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1H
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs2の電圧より大きな電圧まで充電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧より大きな電圧まで充電される。
【００２４】
次いで、低圧側MOSFETへのゲート信号GateLにより各回路Ａ１〜Ａ３の低圧側MOSFETである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Cr12、Cr13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Cs1、Cs2に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L
Cr13⇒Lr13⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs1の電圧より小さな電圧まで放電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs1、Cs2の電圧より小さな電圧まで放電される。
【００２５】
このように、コンデンサCr12、Cr13の充放電により、平滑コンデンサCs2、Cs3から平滑コンデンサCs1にエネルギを移行する。そして、電圧端子VH−Vcom間に入力された電圧V2を、約1／3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。
【００２６】
上記昇圧、降圧の動作において、各コンデンサCr12、Cr13には、インダクタLr12、Lr13が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC13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る。このため、コンデンサCr12、Cr13は平滑コンデンサCsの電圧以上の電圧まで充電され、平滑コンデンサCsの電圧以下の電圧まで放電されて、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
また、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、高い電力変換効率が得られる。
【００２７】
次に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時の動作について説明する。
電源装置２では、起動前は、制御回路１０からの信号により、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2はオフ状態であり、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13はそれぞれ放電されている。起動時に、制御回路１０からの信号により、バイパス用コンタクタMC2はオフ状態のまま、コンタクタMC1をオンにする。このコンタクタMC1のオンと同時に、制御回路１０にてゲート信号GateH、GateLの生成を開始し、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御する。
【００２８】
バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を充電するため、平滑コンデンサCs1への突入電流が制限され、平滑コンデンサCs1の電圧は徐々に高くなる。また、この時、ゲート信号GateH、GateLが生成されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1が動作し、平滑コンデンサCs1の電圧に応じてコンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3が充電される。平滑コンデンサCs1の電圧が徐々に高くなるため、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧も徐々に高くなり、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3への突入電流も制限される。コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の充電経路内のMOSFET（Mos1L、Mos1H、Mos2L、Mos2H、Mos3L、Mos3H）、インダクタLr12、Lr13への突入電流も抑制される。
【００２９】
このように、コンタクタMC1のオンと同時に、ゲート信号GateH、GateLの生成を開始してＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御するため、入力電圧を充電する平滑コンデンサCs1への突入電流だけでなく、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1内の各素子、即ちコンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3、MOSFET（Mos1L、Mos1H、Mos2L、Mos2H、Mos3L、Mos3H）、インダクタLr12、Lr13への突入電流を抑制することができ、過電流を防ぐことができる。
そして、コンデンサCr12と平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3はバッテリVbattの電圧まで、コンデンサCr13はバッテリVbattの２倍の電圧まで充電される。
【００３０】
制御回路１０は、初期充電完了検知手段となるタイマ１０ｂを有し、コンタクタMC1がオンして電源装置２が起動してからの時間を計測し、所定時間T1が経過すると初期充電完了を検知する。そして、初期充電完了を検知するとバイパス用コンタクタMC2をオンさせる。これにより、バッテリVbattから平滑コンデンサCs1への充電経路内の突入電流防止用抵抗R1がバイパスされる。この後、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上述した通常時の動作に移行する。
なお、コンタクタMC1がオンしてから、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3が初期充電されるのに要する時間は、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の静電容量と、突入電流防止用抵抗R1の抵抗値によって決まり、所定時間T1は、若干、余裕を見て長い時間に設定しておく。
【００３１】
このように、この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了後には、突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1へ有効に電力を送ることが可能となる。
また、コンタクタMC1がオンして電源装置２が起動してからの時間をタイマ１０ｂで計測し、予め設定された所定時間T1が経過すると初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスさせたため、容易で確実に初期充電完了を検知して通常時の動作に移行できる。
【００３２】
なお、この実施の形態では、バイパス用コンタクタMC2を突入電流防止用抵抗R1に並列に接続したが、図２に示すように、突入電流防止用抵抗R1とコンタクタMC1の直列体に、バイパス用コンタクタMC2を並列に接続した構成であっても良く、同様の効果が得られる。
【００３３】
また、上記実施の形態では、バイパス用コンタクタMC2はオフ状態でコンタクタMC1のオンと同時に、ゲート信号GateH、GateLの生成を開始してＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御した。しかしながら、ゲート信号GateH、GateLの生成はコンタクタMC1をオンする以前に開始されていても良い。その場合、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETは駆動制御されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は動作しているが、コンタクタMC1をオンするまでは、実際のエネルギ移行は無く、コンタクタMC1のオンと同時にエネルギ移行による電力変換動作が行われる。
【００３４】
さらにまた、上記実施の形態では、電圧端子VL−Vcom間に電源装置２が接続され、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は主として昇圧回路として動作したが、図３に示すように、電圧端子VH−Vcom間に電源装置２を接続して、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1を主として降圧回路として動作させても良い。その場合、電圧端子VL−Vcom間に接続される負荷に電力が供給される。
【００３５】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、主回路であるＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２と、制御回路１０ｃと、電圧端子VH−Vcom間の電圧V2を検出する電圧センサ１１とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２とは、上記実施の形態１と同様である。
【００３６】
制御回路１０ｃは、マイクロコンピュータ等の信号処理回路にて構成され、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動するためのゲート信号GateL、GateHを生成して出力すると共に、電源装置２内のコンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2のオンオフを制御するオンオフ信号を出力する。電圧センサ１１は、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1の電圧端子VH−Vcom間に接続されて電圧V2を検出し、検出電圧V2は制御回路１０ｃに入力される。また、制御回路１０ｃは、各コンデンサ、即ち、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3が初期充電を完了したことを入力された検出電圧V2に基づいて検知する。
【００３７】
次にＤＣ／ＤＣ電力変換装置の動作について説明する。
通常時、即ち、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13がそれぞれ充電され、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2がそれぞれオンの状態での動作は、上記実施の形態１と同様である。
起動時の動作について、以下に説明する。
電源装置２では、起動前は、制御回路１０ｃからの信号により、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2はオフ状態であり、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13はそれぞれ放電されている。起動時に、制御回路１０ｃからの信号により、上記実施の形態１と同様に、バイパス用コンタクタMC2はオフ状態のままコンタクタMC1をオンにする。このコンタクタMC1のオンと同時に、制御回路１０ｃにてゲート信号GateH、GateLの生成を開始し、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御する。これにより、上記実施の形態１と同様に、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を充電して平滑コンデンサCs1の電圧は徐々に高くなり、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧も徐々に高くなる。このため、入力電圧を充電する平滑コンデンサCs1への突入電流だけでなく、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1内の各素子への突入電流を抑制することができ、過電流を防ぐことができる。
そして、コンデンサCr12と平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3はバッテリVbattの電圧まで、コンデンサCr13はバッテリVbattの２倍の電圧まで充電される。
【００３８】
制御回路１０ｃには、電圧端子VH−Vcom間の検出電圧V2が入力され、この電圧V2は、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3の電圧の和である。電圧V2は、充電開始時は０で、充電が進むにつれて電圧が高くなり、定常状態である充電完了時にはバッテリVbattの３倍の電圧となる。逆に、電圧端子VH−Vcom間の電圧V2が、バッテリVbattの３倍の電圧となるとき、各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3はバッテリVbattの電圧まで充電されており、同時にコンデンサCr12もバッテリVbattの電圧まで、コンデンサCr13はバッテリVbattの２倍の電圧まで充電されている。また、検出電圧V2の単位時間に対する変化量は充電が進むにつれて小さくなり、充電完了時には０となる。
制御回路１０ｃは、検出電圧V2が、所定の電圧以上で、なおかつ検出電圧V2の単位時間に対する変化量が所定値以下であるときに、初期充電完了を検知する。所定の電圧は、例えばバッテリVbattの３倍の電圧、あるいは該電圧より若干低く設定する。そして、初期充電完了を検知するとバイパス用コンタクタMC2をオンさせる。これにより、バッテリVbattから平滑コンデンサCs1への充電経路内の突入電流防止用抵抗R1がバイパスされる。この後、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上述した通常時の動作に移行する。
【００３９】
このように、この実施の形態においても、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了後には、突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1へ有効に電力を送ることが可能となる。
また、電圧端子VH−Vcom間の電圧V2を検出して、検出電圧V2が、所定の電圧以上で、なおかつ検出電圧V2の単位時間に対する変化量が所定値以下であるときに初期充電完了を検知するようにしたため、信頼性よく確実に初期充電完了を検知して通常時の動作に移行できる。
【００４０】
なお、初期充電完了を検知するのは、検出電圧V2が所定の電圧以上という条件のみで検知しても良く、また、検出電圧V2の単位時間に対する変化量が所定値以下という条件のみで検知しても良く、どちらも初期充電完了を検知して通常時の動作に移行できる。
【００４１】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置を図５に基づいて説明する。
図５に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、主回路であるＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２と、制御回路１０ｄと、電源装置２からＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1へ流れる充電電流を検出する電流センサ１２とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２とは、上記実施の形態１と同様である。
【００４２】
制御回路１０ｄは、マイクロコンピュータ等の信号処理回路にて構成され、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動するためのゲート信号GateL、GateHを生成して出力すると共に、電源装置２内のコンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2のオンオフを制御するオンオフ信号を出力する。電流センサ１２は、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1内部の平滑コンデンサCs1への充電経路内に直列に接続されており、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1に流れる電流ILを計測する。電流センサ１２により計測された検出電流ILは、制御回路１０ｄに入力される。また、制御回路１０ｄは、各コンデンサ、即ち、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3が初期充電を完了したことを入力された検出電流ILに基づいて検知する。
【００４３】
次にＤＣ／ＤＣ電力変換装置の動作について説明する。
通常時、即ち、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13がそれぞれ充電され、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2がそれぞれオンの状態での動作は、上記実施の形態１と同様である。
起動時の動作について、以下に説明する。
電源装置２では、起動前は、制御回路１０ｄからの信号により、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2はオフ状態であり、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13はそれぞれ放電されている。起動時に、制御回路１０ｄからの信号により、上記実施の形態１と同様に、バイパス用コンタクタMC2はオフ状態のままコンタクタMC1をオンにする。このコンタクタMC1のオンと同時に、制御回路１０ｄにてゲート信号GateH、GateLの生成を開始し、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御する。これにより、上記実施の形態１と同様に、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を充電して平滑コンデンサCs1の電圧は徐々に高くなり、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧も徐々に高くなる。このため、入力電圧を充電する平滑コンデンサCs1への突入電流だけでなく、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1内の各素子への突入電流を抑制することができ、過電流を防ぐことができる。
そして、コンデンサCr12と平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3はバッテリVbattの電圧まで、コンデンサCr13はバッテリVbattの２倍の電圧まで充電される。
【００４４】
制御回路１０ｄには、電流センサ１２により計測された検出電流ILが入力される。この検出電流ILは、充電時には大きく、充電が進むにつれ小さくなり、充電完了時には０となる。逆に、検出電流ILが減少して０となるとき、各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3およびコンデンサCr12はバッテリVbattの電圧まで充電され、コンデンサCr13はバッテリVbattの２倍の電圧まで充電されている。
制御回路１０ｄは、検出電流ILが設定された所定値以下であるときに、初期充電完了を検知する。そして、初期充電完了を検知するとバイパス用コンタクタMC2をオンさせる。これにより、バッテリVbattから平滑コンデンサCs1への充電経路内の突入電流防止用抵抗R1がバイパスされる。この後、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上述した通常時の動作に移行する。
【００４５】
このように、この実施の形態においても、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了後には、突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1へ有効に電力を送ることが可能となる。
また、バッテリVbattからの充電電流ILを検出して、検出電流ILが所定値以下であるときに初期充電完了を検知するようにしたため、信頼性よく確実に初期充電完了を検知して通常時の動作に移行できる。
【００４６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を図６に基づいて説明する。
図６に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、主回路であるＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、該ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２ａと、制御回路１０とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、制御回路１０とは、上記実施の形態１と同様である。
【００４７】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1への入力電圧を供給する電源装置２ａは、入力電圧源としての交流電圧源Vacと、コンタクタMC1と突入電流防止用抵抗R1との直列体と、突入電流防止用抵抗R1に並列接続されて突入電流防止用抵抗R1をバイパスさせるバイパス用コンタクタMC2と、整流器RECTとを備える。
整流器RECTは、ダイオードDr1、Dr2、Dr3、Dr4で構成される。ダイオードDr1のアノード端子はダイオードDr2のカソード端子と、ダイオードDr3のアノード端子はダイオードDr4のカソード端子と接続される。ダイオードDr1、Dr3の各カソード端子は互いに接続されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の電圧端子VLに接続される。ダイオードDr2、Dr4の各アノード端子は互いに接続されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1の電圧端子Vcomに接続される。交流電圧源VacとコンタクタMC1と突入電流防止用抵抗R1とは直列に接続され、該直列体の一方の端子はダイオードDr1、Dr2の接続点に接続され、他方の端子はダイオードDr3、Dr4の接続点に接続される。
【００４８】
次にＤＣ／ＤＣ電力変換装置の動作について説明する。
通常時、即ち、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13がそれぞれ充電され、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2がそれぞれオンの状態での動作は、以下のようになる。交流電圧源Vacからの出力はコンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2を介して整流器RECTに入力され、整流器RECTにて整流されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の平滑コンデンサCs1に入力電圧V1を供給する。この時、電源装置２ａでは、突入電流防止用抵抗R1はバイパスされている。
【００４９】
起動時の動作について、以下に説明する。
電源装置２ａでは、起動前は、制御回路１０からの信号により、コンタクタMC1およびバイパス用コンタクタMC2はオフ状態であり、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、コンデンサCr12、Cr13はそれぞれ放電されている。起動時に、制御回路１０からの信号により、上記実施の形態１と同様に、バイパス用コンタクタMC2はオフ状態のままコンタクタMC1をオンにする。このコンタクタMC1のオンと同時に、制御回路１０にてゲート信号GateH、GateLの生成を開始し、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETを駆動制御する。
これにより、交流電圧源Vacから整流器RECTと突入電流防止用抵抗R1とを介して平滑コンデンサCs1を充電するため、平滑コンデンサCs1への突入電流が制限され、平滑コンデンサCs1の電圧は徐々に高くなる。このため、上記実施の形態１と同様に、コンデンサCr12、Cr13、平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧も徐々に高くなる。これにより、入力電圧を充電する平滑コンデンサCs1への突入電流だけでなく、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1内の各素子への突入電流を抑制することができ、過電流を防ぐことができる。
そして、コンデンサCr12と平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3は、交流電圧源Vacのピーク電圧まで、コンデンサCr13はピーク電圧の２倍の電圧まで充電される。
【００５０】
制御回路１０は、コンタクタMC1がオンして電源装置２ａが起動してからの時間をタイマ１０ｂにて計測し、所定時間T1が経過すると初期充電完了を検知する。そして、初期充電完了を検知するとバイパス用コンタクタMC2をオンさせる。これにより、交流電圧源Vacから平滑コンデンサCs1への充電経路内の突入電流防止用抵抗R1がバイパスされる。この後、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上述した通常時の動作に移行する。
【００５１】
このように、この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、交流電圧源Vacから整流器RECTと突入電流防止用抵抗R1とを介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了後には、突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、交流電圧源VacからＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV1へ有効に電力を送ることが可能となる。
また、コンタクタMC1がオンして電源装置２ａが起動してからの時間をタイマ１０ｂで計測し、予め設定された所定時間T1が経過すると初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスさせたため、容易で確実に初期充電完了を検知して通常時の動作に移行できる。
【００５２】
なお、上記実施の形態２〜４についても、上記実施の形態１の図２で示したように、突入電流防止用抵抗R1とコンタクタMC1の直列体に、バイパス用コンタクタMC2を並列に接続した構成であっても良く、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態２〜４についても、上記実施の形態１で示したように、ゲート信号GateH、GateLの生成はコンタクタMC1をオンする以前に開始されていても良い。その場合、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1内の各MOSFETは駆動制御されてＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は動作しているが、コンタクタMC1をオンするまでは、実際のエネルギ移行は無く、コンタクタMC1のオンと同時にエネルギ移行による電力変換動作が行われる。
さらにまた、上記実施の形態２〜４についても、上記実施の形態１の図３で示したように、電圧端子VH−Vcom間に電源装置２ａを接続して、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1を主として降圧回路として動作させても良い。その場合、電圧端子VL−Vcom間に接続される負荷に電力が供給される。
【００５３】
実施の形態５．
以下、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によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、図１で示した上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内の主回路を、図７に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2に置き換えたものである。なお、電源装置２と制御回路１０とは、上記実施の形態１と同様である。
このＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2は、低電圧側の電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約３倍に昇圧された電圧V2にして高圧側の電圧端子VH−Vcom間に出力する昇圧回路として動作する電力変換回路で、この場合降圧機能を備えていない。
【００５４】
図７に示すように、図１で示したＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1における回路Ａ１〜Ａ３の替わりに、回路A1a〜A3aを用い、回路A1aは回路Ａ１と同様の構成、回路A2a、A3aは、回路Ａ２、Ａ３内の２つのMOSFETをそれぞれダイオードに置き換えている。即ち、駆動用インバータ回路A1aは、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。また整流回路A2a、A3aは、低圧側素子、高圧側素子としてのそれぞれ２つのダイオード（Di2L、Di2H）（Di3L、Di3H）を直列接続して各平滑コンデンサCs2、Cs3の両端子間に接続して構成される。このように、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2は、回路A1a、A2a、A3aを直列接続して構成されると共に、各回路A1a〜A3a内の２つのMOSFET（あるいはダイオード）の接続点を中間端子として、回路A1aと他の各回路A2a、A3aとの中間端子間に、コンデンサCr12、Cr13およびインダクタLr12、Lr13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、MOSFETを駆動するためのゲート駆動回路111、フォトカプラ121H、121L、電源Vs1は、駆動用インバータ回路A1aのMOSFET（Mos1L、Mos1H）に対するもののみ備える。
【００５５】
通常時のＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2の動作について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3の容量値は、ＬＣ直列体のコンデンサCr12、Cr13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３倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧端子VH−Vcom間からエネルギを出力している状態となり、電圧V2は3×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には平均的に(V2−V1)／2の電圧が充電されている。
駆動用インバータ回路A1aは、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、A3a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。
【００５６】
制御回路１０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用インバータ回路A1aが駆動される。ゲート信号GateH、GateLは、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13にて定まる共振周期と同等の周期Ｔでデューティー約50％のオンオフ信号であり、GateHとGateLとはオンとオフとが相反する信号である。なお、MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
【００５７】
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に移行する。
Cs1⇒Di2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Di3L⇒Lr13⇒Cr13⇒Mos1L
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs1の電圧より大きな電圧まで充電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs1、Cs2の電圧より大きな電圧まで充電される。
【００５８】
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、平滑コンデンサCr12、Cr13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Cs2、Cs3に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Di2H⇒Cs2⇒Mos1H
Cr13⇒Lr13⇒Di3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
ＬＣ直列体LC12、LC13による共振現象を利用しているため、コンデンサCr12は平滑コンデンサCs2の電圧より小さな電圧まで放電され、コンデンサCr13は平滑コンデンサCs2、Cs3の電圧より小さな電圧まで放電される。
【００５９】
このように、コンデンサCr12、Cr13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にエネルギを移行する。そして、電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約３倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力する。
この実施の形態では、電圧端子VL−Vcom間にバッテリVbattが接続されているため、通常、電圧端子VH−Vcom間には負荷が接続され負荷に電力が供給される。
また、各コンデンサCr12、Cr13には、インダクタLr12、Lr13が直列に接続されてＬＣ直列体LC12、LC13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る。このため、コンデンサCr12、Cr13は平滑コンデンサCsの電圧以上の電圧まで充電され、平滑コンデンサCsの電圧以下の電圧まで放電されて、大きなエネルギ量を効率よく移行できる。
【００６０】
また上記実施の形態１と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbattから突入電流防止用抵抗R1とを介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbattからＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2へ有効に電力を送ることが可能となる。
【００６１】
なお、上記実施の形態２〜４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の主回路に、この実施の形態で用いたＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV2を適用しても良く、昇圧回路としてのみ動作するが、上述した同様の効果が得られる。
【００６２】
実施の形態６．
上記各実施の形態１〜５では、各回路Ａ１〜Ａ３（A1a〜A3a）内の２つのMOSFET（ダイオード）の接続点を中間端子として、回路Ａ１（A1a）と他の各回路Ａ２、Ａ３（A2a、A3a）との中間端子間に、コンデンサCr12、Cr13およびインダクタLr12、Lr13の直列体であるＬＣ直列体LC12、LC13を接続した。各回路間に接続されるＬＣ直列体の配置は、これに限るものではなく、図８に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV3のように、隣接回路間である回路Ａ１、Ａ２間、回路Ａ２、Ａ３間となる中間端子間に、コンデンサCr12、Cr23およびインダクタLr12、Lr23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を接続しても良い。
なお、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。
【００６３】
この場合、コンデンサCr12、Cr23の充放電動作は上記実施の形態１と異なるものであるが、ＬＣ直列体LC12、LC23の共振現象を効果的に利用でき、変換効率の高いＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV3が実現できる。
また上記各実施の形態と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）から突入電流防止用抵抗R1を介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr23および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）からＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV3へ有効に電力を送ることが可能となる。
このように、上記各実施の形態によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の主回路のＤＣ／ＤＣ電力変換回路において、隣接回路間となる中間端子間に、ＬＣ直列体LC12、LC23を接続しても良く、各実施の形態で示した同様の効果が得られる。
【００６４】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７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７によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、図１で示した上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内のＤＣ／ＤＣ電力変換回路を、図９に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV4に置き換えたものである。なお、電源装置２と制御回路１０とは、上記実施の形態１と同様である。
図９に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV4は、図１にて示した上記実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1と、回路Ａ１〜Ａ４の個数が増えて４段回路となると共に、インダクタLrの配置が異なる。即ち、エネルギ移行用のコンデンサCr12、Cr13、Cr14は、回路Ａ１と他の回路との間で中間端子間に接続されているが、該コンデンサCr12、Cr13、Cr14を充放電する経路に接続されるインダクタLr0、Lr1、Lr2、Lr3、Lr4は、各回路Ａ１〜Ａ４の高圧側端子あるいは低圧側端子と平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の端子との間に接続される。
【００６５】
接続の詳細を説明する。平滑コンデンサCs4の高圧側端子とMos4Hのドレイン端子の間にインダクタLr4が、平滑コンデンサCs3の高圧側端子とMos3Hのドレイン端子の間にインダクタLr3が、平滑コンデンサCs2の高圧側端子とMos2Hのドレイン端子の間にインダクタLr2が、平滑コンデンサCs1の高圧側端子とMos1Hのドレイン端子の間にインダクタLr1が、平滑コンデンサCs1の低圧側端子とMos1Lのソース端子の間にインダクタLr0が、それぞれ挿入されている。
各コンデンサCrの容量値は略等しく、各インダクタLrのインダクタンス値も略等しくなっており、各コンデンサCrの充放電経路において、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。この実施の形態では、各コンデンサCrの充放電経路内には、当該コンデンサCrと２個のインダクタLrとが含まれるため、インダクタLrのインダクタンス値をLr、コンデンサCrの容量値をCrとすると、共振周期は、2π（2Lr・Cr）0．5で計算される。
【００６６】
次に、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV4の動作について説明する。
この実施の形態では、電圧端子VL−Vcom間にバッテリVbattが接続されているため、通常、電圧端子VH−Vcom間には負荷が接続され、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV4は主として昇圧回路として動作して負荷に電力が供給される。この昇圧動作について以下に説明する。
上記実施の形態１と同様に、回路Ａ１は、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る駆動用インバータ回路に用いられる。回路Ａ２、Ａ３、Ａ４は、駆動用インバータ回路で駆動された電流を整流し、エネルギを移行する整流回路として用いられる。
ゲート信号GateH、GateLは、上記実施の形態１と同様に、LrとCrによるＬＣ直列体LC12、LC13にて定まる共振周期と同等の周期Ｔでデューティー約50％のオンオフ信号であり、GateHとGateLはオンとオフとが相反する信号である。
【００６７】
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、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。
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VH−Vcom間に出力し、電圧端子VH−Vcom間に接続された負荷に電力供給するため、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。
【００６８】
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⇒Lr1⇒Mos2L⇒Cr12⇒Mos1L⇒Lr0
Cs1⇒Cs2⇒Lr2⇒Mos3L⇒Cr13⇒Mos1L⇒Lr0
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Lr3⇒Mos4L⇒Cr14⇒Mos1L⇒Lr0
【００６９】
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⇒Mos2H⇒Lr2⇒Cs2⇒Lr1⇒Mos1H
Cr13⇒Mos3H⇒Lr3⇒Cs3⇒Cs2⇒Lr1⇒Mos1H
Cr14⇒Mos4H⇒Lr4⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2⇒Lr1⇒Mos1H
【００７０】
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、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VH−Vcom間に出力する。また、各コンデンサCr12、Cr13、Cr14の充放電経路には、２個のインダクタLr（Lr0〜Lr4）が直列に接続されているため、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。
【００７１】
なお、この場合、昇圧回路として説明したが、出力側に接続される負荷によって回生動作を伴う場合があり、電圧V2が4×V1よりも高くなることがある。その場合、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV1は、電圧端子VH−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にして電圧端子VL−Vcom間に出力する降圧回路として動作する。
【００７２】
この実施の形態７では、コンデンサCr12、Cr13、Cr14およびインダクタLr0〜Lr4の配置を上記各実施の形態と異なるものとしたが、このような配置を、上記実施の形態１〜５のＤＣ／ＤＣ電力変換装置に適用しても良い。
また上記各実施の形態と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）から突入電流防止用抵抗R1とを介して平滑コンデンサCs1を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCr12、Cr13、Cr14および平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）からＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ有効に電力を送ることが可能となる。
【００７３】
なお、上記各実施の形態では、入出力電圧比(V2／V1)が３または４の場合について示したが、電圧比はこれら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。
【００７４】
また、上記各実施の形態では、駆動用インバータ回路、整流回路内の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。
【００７５】
実施の形態８．
上記各実施の形態１〜７では、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路を構成する各回路内の２つのMOSFET（ダイオード）の接続点を中間端子として、回路間となる中間端子間にエネルギ移行用のコンデンサCrを配置し、該コンデンサCrの充放電経路内にインダクタLrを接続した。この実施の形態では、図１０に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV5のように、エネルギ移行用のコンデンサCrの充放電経路内にインダクタLrが無いものを示す。この場合、ＬＣ共振を利用するものではないが、それ以外の作用、効果については上記各実施の形態と同様のものが得られる。
【００７６】
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によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上記実施の形態１〜４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内のＤＣ／ＤＣ電力変換回路を、図１１に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV6に置き換えたものである。
図１１に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV６は、コンデンサの充放電を利用した電力変換回路であり、直流電圧を３倍に昇圧あるいは1／3倍に降圧した直流電圧に変換する機能を有する。また、上記実施の形態１と同様に、電圧V2は電圧V1の約３倍となっている。
【００７７】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV6は、入出力電圧V1、V2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コンデンサC11、C12、C13、C21、C22、C31、C41と、複数の半導体スイッチング素子であるMOSFETとを備える。回路Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ３１は、低圧側素子、高圧側素子としての２つのMOSFET（Mos11L、Mos11H）（Mos12L、Mos12H）（Mos13L、Mos13H）（Mos21L、Mos21H）（Mos22L、Mos22H）（Mos31L、Mos31H）を直列接続して各平滑コンデンサCs11、Cs12、Cs13、Cs21、Cs22、Cs31の両端子間に接続して構成される。
３つの回路Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３は直列接続され、各回路の２つのMOSFETの接続点を中間端子とすると、回路Ａ２１は回路Ａ１１と回路Ａ１２との中間端子間に、回路Ａ２２は回路Ａ１２と回路Ａ１３との中間端子間に、回路Ａ３１は回路Ａ２１と回路Ａ２２との中間端子間に、それぞれ接続される。
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。
【００７８】
接続の詳細について説明する。コンデンサC11の一方の端子（低電圧側の端子）は、電圧端子Vcomに接続され、コンデンサC11の他方の端子（高電圧側の端子）はコンデンサC12の一方の端子（低電圧側の端子）に、コンデンサC12の他方の端子（高電圧側の端子）はコンデンサC13の一方の端子（低電圧側の端子）に、コンデンサC13の他方の端子（高電圧側の端子）は電圧端子VHに接続されている。
Mos11Lのソース端子は電圧端子Vcomに、Mos11Lのドレイン端子はMos11Hのソース端子に、Mos11Hのドレイン端子はコンデンサC11の高電圧側の端子に接続されている。Mos12Lのソース端子はコンデンサC12の低電圧側の端子に、Mos12Lのドレイン端子はMos12Hのソース端子に、Mos12Hのドレイン端子はコンデンサC12の高電圧側の端子に接続されている。Mos13Lのソース端子はコンデンサC13の低電圧側の端子に、Mos13Lのドレイン端子はMos13Hのソース端子に、Mos13Hのドレイン端子はコンデンサC13の高電圧側の端子に接続されている。
【００７９】
コンデンサC21の低電圧側の端子はMos11LとMos11Hの接続点に接続され、コンデンサC21の高電圧側の端子はMos12LとMos12Hの接続点に接続される。コンデンサC22の低電圧側の端子はMos12LとMos12Hの接続点に接続され、コンデンサC22の高電圧側の端子はMos13LとMos13Hの接続点に接続されている。
Mos21Lのソース端子はコンデンサC21の低電圧側の端子に、Mos21Lのドレイン端子はMos21Hのソース端子に、Mos21Hのドレイン端子はコンデンサC21の高電圧側の端子に接続されている。Mos22Lのソース端子はコンデンサC22の低電圧側の端子に、Mos22Lのドレイン端子はMos22Hのソース端子に、Mos22Hのドレイン端子はコンデンサC22の高電圧側の端子に接続されている。
【００８０】
コンデンサC31の低電圧側の端子はMos21LとMos21Hの接続点に接続され、コンデンサC31の高電圧側の端子はMos22LとMos22Hの接続点に接続されている。Mos31Lのソース端子はコンデンサC31の低電圧側の端子に、Mos31Lのドレイン端子はMos31Hのソース端子に、Mos31Hのドレイン端子はコンデンサC31の高電圧側の端子に接続されている。
コンデンサC41の低圧側の端子は電圧端子Vcomに接続され、コンデンサC41の高電圧側の端子はMos31LとMos31Hの接続点に接続されている。コンデンサC41の高電圧側端子は、電圧端子VLに接続されている。
【００８１】
回路D11L、D11H、D12L、D12H、D13L、D13H、D21L、D21H、D22L、D22H、D31L、D31Hは、ゲート駆動回路とフォトカプラとにより構成されている。
Mos11L、Mos12L、Mos13Lのゲート端子は回路D11L、D12L、D13Lの出力端子にそれぞれ接続され、回路D11L、D12L、D13Lの入力端子にはゲート信号Gate1Lが入力される。Mos11H、Mos12H、Mos13Hのゲート端子は回路D11H、D12H、D13Hの出力端子にそれぞれ接続され、回路D11H、D12H、D13Hの入力端子にはゲート信号Gate1Hが入力される。Mos21L、Mos22Lのゲート端子は回路D21L、D22Lの出力端子にそれぞれ接続され、回路D21L、D22Lの入力端子にはゲート信号Gate2Lが入力される。Mos21H、Mos22Hのゲート端子は回路D21H、D22Hの出力端子にそれぞれ接続され、回路D21H、D22Hの入力端子にはゲート信号Gate2Hが入力される。Mos31Lのゲート端子は回路D31Lの出力端子に接続され、回路D31Lの入力端子にはゲート信号Gate3Lが入力される。Mos31Hのゲート端子は回路D31Hの出力端子に接続され、回路D31Hの入力端子にはゲート信号Gate3Hが入力される。
なお、ゲート信号Gate1L、Gate1H、Gate2L、Gate2H、Gate3L、Gate3Hは、制御回路１０（１０ｃ，１０ｄ）により出力される。
【００８２】
次に、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV6の動作について説明する。
この実施の形態のＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV６は、第１〜第３の３つのスイッチング状態を有し、各スイッチング状態について説明する。
第１のスイッチング状態は、Mos11L、Mos12L、Mos13L、Mos21L、Mos22L、Mos31Hがオンで、Mos11H、Mos12H、Mos13H、Mos21H、Mos22H、Mos31Lがオフの状態である。コンデンサC41、C31、C21、C11がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC41、C31、C21、C11間で充放電が行われる。コンデンサC22、C12がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC22、C12間で充放電が行われる。
【００８３】
第２のスイッチング状態は、Mos11L、Mos12L、Mos13L、Mos21H、Mos22H、Mos31Lがオンで、Mos11H、Mos12H、Mos13H、Mos21L、Mos22L、Mos31Hがオフの状態である。コンデンサC41、C21、C11がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC41、C21、C11間で充放電が行われる。コンデンサC31、C22、C12がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC31、C22、C12間で充放電が行われる。
第３のスイッチング状態は、Mos11H、Mos12H、Mos13H、Mos21L、Mos22L、Mos31Lがオンで、Mos11L、Mos12L、Mos13L、Mos21H、Mos22H、Mos31Hがオフの状態である。コンデンサC41、C11がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC41、C11間で充放電が行われる。コンデンサC31、C21、C12がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC31、C21、C12間で充放電が行われる。コンデンサC22、C13がMOSFETを介して短絡され、コンデンサC22、C13間で充放電が行われる。
このように、各コンデンサC11、C12、C13、C21、C22、C31、C41間で電圧差を利用した充放電が行われ、各コンデンサの電圧はほぼ等しくなる。
【００８４】
この場合も、上記実施の形態１〜４と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）から突入電流防止用抵抗R1を介してコンデンサC41を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサC11、C12、C13、C21、C22、C31、C41を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）からＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ有効に電力を送ることが可能となる。
【００８５】
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によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置は、上記実施の形態１〜４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置内のＤＣ／ＤＣ電力変換回路を、図１２に示すＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV7に置き換えたものである。
図１２に示すように、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV7は、コンデンサの充放電を利用した電力変換回路であり、直流電圧を昇圧あるいは降圧した直流電圧に変換する機能を有する。また、電圧V2は電圧V1よりも大きな電圧となっている。
【００８６】
ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV7は、入出力電圧V1、V2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コンデンサCs14、Cs41、Cs42、Cs43と、複数の半導体スイッチング素子であるMOSFETとを備える。
【００８７】
接続の詳細について説明する。
コンデンサCs43の低電圧側の端子は電圧端子Vcomに、高圧側の端子は電圧端子VHにそれぞれ接続されている。Mos43Lのソース端子はコンデンサCs43の低圧側の端子に接続され、Mos43Hのドレイン端子はコンデンサCs43の高電圧側の端子に接続されている。Mos43Hのソース端子とMos42Hのドレイン端子とが接続されると共に、Mos43Lのドレイン端子とMos42Lのソース端子とが接続され、これら２つの接続点間にコンデンサCs42が接続されている。また、Mos42Hのソース端子とMos41Hのドレイン端子とが接続されると共に、Mos42Lのドレイン端子とMos41Lのソース端子とが接続され、これら２つの接続点間にコンデンサCs41が接続されている。Mos41Lのドレイン端子とMos41Hのソース端子とが接続され、この接続点が、電流を平滑化するためのインダクタL11を介してコンデンサCs14の高電圧側の端子に接続されている。コンデンサCs14の高電圧側の端子は電圧端子VLに、低電圧側の端子は電圧端子Vcomに接続されている。
【００８８】
回路D41L、D41H、D42L、D42H、D43L、D43Hは、ゲート駆動回路とフォトカプラにより構成されている。
Mos41L、Mos41Hのゲート端子は回路D41L、D41Hの出力端子にそれぞれ接続され、回路D41L、D41Hの入力端子にはゲート信号Gate41L、Gate41Hが入力される。Mos42L、Mos42Hのゲート端子は回路D42L、D42Hの出力端子にそれぞれ接続され、回路D42L、D42Hの入力端子にはゲート信号Gate42L、Gate42Hが入力される。Mos43L、Mos43Hのゲート端子は回路D43L、D43Hの出力端子にそれぞれ接続され、回路D43L、D43Hの入力端子にはゲート信号Gate43L、Gate43Hが入力される。
ゲート信号Gate41L、Gate42L、Gate43L、Gate41H、Gate42H、Gate43Hは、制御回路１０（１０ｃ，１０ｄ）により出力される。
【００８９】
次に、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路CONV7の動作について説明する。
この実施の形態のＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV7では、MOSFETがスイッチングにより、コンデンサCs41、Cs42の充放電を行い、電圧端子VL−Vcomと電圧端子VH−Vcom間で電力を移行する。
ゲート信号Gate41LとGate41Hは背反した信号であり、Mos41LがオンのときにはMos41Hがオフであり、Mos41LがオフのときにはMos41Hがオンである。ゲート信号Gate42LとGate42Hは背反した信号であり、Mos42LがオンのときにはMos42Hがオフであり、Mos42LがオフのときにはMos42Hがオンである。ゲート信号Gate43LとGate43Hは背反した信号であり、Mos43LがオンのときにはMos43Hがオフであり、Mos43LがオフのときにはMos43Hがオンである。ゲート信号Gate41L、Gate41H、Gate42L、Gate42H、Gate43L、Gate43Hは、等しい制御周期を有し、ゲート信号（Gate42L、Gate42H）のオンオフ動作はゲート信号（Gate41L、Gate41H）に対して制御周期の1／3の時間遅延し、ゲート信号（Gate43L、Gate43H）のオンオフ動作はゲート信号（Gate42L、Gate42H）に対して制御周期の1／3の時間遅延している。
【００９０】
このＤＣ／ＤＣ電力変換装置CONV7は、昇圧回路、降圧回路としての動作することが可能である。昇圧回路としての動作と降圧回路としての動作では、インダクタL11を流れる電流の向きが異なる。コンデンサCs41、Cs42はMOSFETのスイッチングにより充放電を行い、通常の状態においてはコンデンサCs41の電圧はV2の1／3となり、コンデンサCs42の電圧はV2の2／3となる。電圧V2がV1×1.5以上でV1×3以下の条件におけるスイッチング状態について、以下に説明する。
【００９１】
Mos41H、Mos42L、Mos43Lがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs41がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14、Cs41間で充放電が行われる。Mos41H、Mos42H、Mos43Lがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs42がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14、Cs42間で充放電が行われる。Mos41L、Mos42H、Mos43Lがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs41、Cs42がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14とCs41間、Cs41とCs42間で充放電が行われる。Mos41L、Mos42H、Mos43Hがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs41、Cs43がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14とCs43間、Cs41とCs43間で充放電が行われる。Mos41L、Mos42L、Mos43Hがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs42、Cs43がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14とCs41間、Cs41とCs42間で充放電が行われる。Mos41H、Mos42L、Mos43Hがオンのときには、コンデンサCs14とコンデンサCs41、Cs42、Cs43がインダクタL11とMOSFETを介して短絡され、コンデンサCs14、Cs42とCs41、Cs43間で充放電が行われる。
【００９２】
このように、コンデンサCs14、Cs41、Cs42、Cs43の充放電により、電圧端子VL−Vcomと電圧端子VH−Vcom間で電力を移行する。
なお、電圧V2が上記電圧条件以外では、MOSFETの上記スイッチングタイミングとは異なるが、同様にコンデンサCs14、Cs41、Cs42、Cs43の充放電により、電圧端子VL−Vcomと電圧端子VH−Vcom間の電力を移行する。
【００９３】
この場合も、上記実施の形態１〜４と同様に、ＤＣ／ＤＣ電力変換装置の起動時には、バイパス用コンタクタMC2をオフ状態でコンタクタMC1をオンとし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）から突入電流防止用抵抗R1を介してコンデンサCs14を初期充電しながら、ＤＣ／ＤＣ電力変換回路内の各MOSFETへのゲート信号を生成する。このため起動時に、各部の突入電流を抑制しつつ、コンデンサCs14、Cs41、Cs42、Cs43を徐々に初期充電することができ、信頼性の高いＤＣ／ＤＣ電力変換装置を実現できる。
また、各コンデンサの初期充電完了を検知して突入電流防止用抵抗R1をバイパスし、バッテリVbatt（交流電圧源Vac）からＤＣ／ＤＣ電力変換回路へ有効に電力を送ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】この発明の実施の形態１によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１の別例によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１の別例によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるＤＣ／ＤＣ電力変換装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態６によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態７によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態８によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態９によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１０によるＤＣ／ＤＣ電力変換回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
２，２ａ  電源装置、１０，１０ｃ，１０ｄ  制御回路、１０ｂ  タイマ、
１１  電圧センサ、１２  電流センサ、
Ａ１〜Ａ４，A１a〜A3a，A11〜A13，A21，A22，A31  回路、
Cs1〜Cs4  平滑コンデンサ、Cr12，Cr13，Cr14，Cr23  コンデンサ、
C11〜C13，C21，C22，C31，C41，Cs14，Cs41〜Cs43  コンデンサ、
CONV1〜CONV7  ＤＣ／ＤＣ電力変換回路、Di2L，Di2H，Di3L，Di3H  ダイオード、
GateL，GateH  ゲート信号、
Gate1L〜Gate3L，Gate1H〜Gate3H，Gate41L〜Gate43L，Gate41H〜Gate43H  ゲート信号、
Lr12，Lr13，Lr23，Lr0〜Lr4  インダクタ、MC1  コンタクタ、
MC2  バイパス用コンタクタ、
Mos1L〜Mos4L，Mos1H〜Mos4H，Mos11L〜Mos13L，Mos11H〜Mos13H，Mos21L，Mos22L，Mos21H，Mos22H，Mos31L，Mos31H，Mos41L〜Mos43L，Mos41H〜Mos43H  MOSFET、
R1  突入電流防止用抵抗、Vbatt  入力電圧源（直流電圧源）としてのバッテリ、
Vac  入力電圧源としての交流電圧源、Vcom，VL，VH  電圧端子。
【図１】
2009195048.tif 000003
【図２】
2009195048.tif 000004
【図３】
2009195048.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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