CN115447397A - 电源系统及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明要解决的问题是，提供一种与以往相比可以降低开关损耗及稳态损耗的电源系统及移动体。为了解决上述问题，本发明的电源系统1包括：直流电源30，输出直流电力；作为绝缘双向直流/直流转换器的可变电压电源7，从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出可变电压E2的电力；正极电力线21及负极电力线22，连接于直流电源30的两极；开关电路5，包括连接电力线21,22与负载4的多个桥臂开关元件51,52,53,54；防逆流用开关元件34)，设置在正极电力线21中的二次侧输入/输出端子对72p,72n之间；电源驱动装置6，操作可变电压电源7及防逆流用开关元件34；及，开关电路驱动装置8，操作开关电路5。二次侧输入/输出端子对72p,72n均连接于正极电力线21。

Description

电源系统及移动体
技术领域
本发明涉及一种电源系统及移动体。更详细而言，涉及一种向负载供给电力的电源系统及搭载该电源系统的移动体。
背景技术
例如，在电动车辆上搭载电力转换器，所述电力转换器将从蓄电池输出的直流电力转换为交流，并供给至连结于驱动轮的旋转电机。大多数电力转换器是借由切换相对于负载串联连接的至少两个桥臂的开关元件的接通/断开，来将直流电力转换为交流，所以，会发生开关元件导通时及关断时发生的开关损耗、或与开关元件的接通电阻成比例的稳态损耗等(例如，参照专利文献1)。
专利文献1所示的电力转换器在利用平滑电路使从多级直流斩波电路输出的直流电力平滑后，利用折返电路将半波设为负电压，并将正电压的半波与负电压的半波组合，由此生成交流电力。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：国际公开第2019/004015号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，专利文献1所示的电力转换器由于使用多级直流斩波电路，因此开关元件的数量也会与直流电压的级数成比例地增加，所以开关损耗也相应地增加。
另外，开关元件的接通电阻具有随着开关元件的耐电压变高而变高的倾向，因此为了降低稳态损耗，优选尽可能地使用耐电压低的开关元件。然而，一般而言，考虑到导通时或者关断时产生的浪涌电压，开关元件的耐电压需要充分高于蓄电池的最大电压。因此，在专利文献1所示的多级直流斩波电路中，需要与直流电压的级数成比例地也提高开关元件的耐电压，因此稳态损耗也相应地增加。
本发明的目的在于，提供一种与以往相比可以降低开关损耗及稳态损耗的电源系统及移动体。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的电源系统(例如，后述的电源系统1,1A)，包括：直流电源(例如，后述的直流电源30)，输出直流电力；第一可变电压电源(例如，后述的可变电压电源7,7A,7B,7C)，从第一端子对(例如，后述的二次侧输入/输出端子对72p,72n,82p,82n)输出可变电压(例如，后述的可变电压E2)的电力；第一电力线(例如，后述的正极电力线21或者负极电力线22)及第二电力线(例如，后述的负极电力线22或者正极电力线21)，分别连接于前述直流电源的两极；及，开关电路(例如，后述的开关电路5)，包括连接前述第一电力线及第二电力线与负载(例如，后述的负载4)的多个桥臂开关(例如，后述的桥臂开关元件51,52,53,54)；所述电源系统的特征在于，前述第一端子对均连接于前述第一电力线。
(2)此时优选的是，前述第一可变电压电源包括将第二端子对(例如，后述的一次侧输入/输出端子对71p,71n)中的电力变压后从前述第一端子对输出的直流/直流(DirectCurrent/DirectCurrent,DC/DC)转换器，前述第二端子对分别连接于前述直流电源的两极。
(3)此时优选的是，前述第一可变电压电源包括绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器(例如，后述的绝缘变压器70)、连接前述绝缘变压器的一次侧与前述第二端子对的一次侧电路(例如，后述的一次侧电路71)、及连接前述绝缘变压器的二次侧与前述第一端子对的二次侧电路(例如，后述的二次侧电路72)，前述直流电源是能够进行将化学能转换为电能的放电、及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。
(4)此时优选的是，前述第一可变电压电源包括前级转换器(例如，后述的前级转换器73)及后级转换器(例如，后述的后级转换器80)，前述前级转换器是绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器、连接前述绝缘变压器的一次侧与前述第二端子对的一次侧电路、及连接前述绝缘变压器的二次侧与前述后级转换器的一次侧输入/输出端子对(例如，后述的一次侧输入/输出端子对81p,81n)的二次侧电路，前述后级转换器是双向直流/直流转换器，能够在前述一次侧输入/输出端子对与前述第二端子对(例如，后述的二次侧输入/输出端子对82p,82n)之间对直流电力进行升压或者降压，并双向输入/输出，前述直流电源是能够进行将化学能转换为电能的放电、及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。
(5)此时优选的是，在前述第一电力线中的前述第一端子对之间设置防逆流二极管(例如，后述的防逆流用开关元件34,34A)，所述防逆流二极管容许前述直流电源的输出电流，且阻断与该输出电流逆向的电流。
(6)此时优选的是，在前述第一电力线中的前述第一端子对之间设置：防逆流二极管(例如，后述的防逆流用开关元件34,34A)，容许前述直流电源的输出电流，且阻断与该输出电流逆向的电流；及，开关(例如，后述的防逆流用开关元件34,34A)，断开或连接绕过前述防逆流二极管的旁通线。
(7)此时优选的是，还包括电源驱动装置(例如，后述的电源驱动装置6,6A)，所述电源驱动装置借由操作前述第一可变电压电源，使前述第一端子对之间的电压在0至特定的最大电压之间变化。
(8)此时优选的是，前述电源系统还包括开关电路驱动装置(例如，后述的开关电路驱动装置8,8A)，其操作前述桥臂开关，前述开关电路驱动装置在前述第一端子对之间的电压为特定的电压阈值(例如，0[V])以下的期间内或者未向前述第一电力线及第二电力线叠加前述第一可变电压电源的输出电力的期间内(例如，后述的图4中Tsw所示的期间内)，执行交替接通/断开前述桥臂开关的开关控制，并在前述第一端子对之间的电压高于前述电压阈值的期间内或者向前述第一电力线及第二电力线叠加了前述第一可变电压电源的输出电力的期间内(例如，后述的图4中Toff所示的期间内)，将前述桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。
(9)此时优选的是，前述电源系统还包括从输出端子对输出可变电压的电力的第二可变电压电源(例如，后述的第二可变电压电源9B)，前述输出端子对均连接于前述第一电力线或者前述第二电力线。
(10)本发明的电源系统(例如，后述的电源系统1)将直流电力转换为交流并供给至负载(例如，后述的负载4)，所述电源系统的特征在于，包括：电源(例如，后述的多级电压电源3)，向第一电力线(例如，后述的正极电力线21或者负极电力线22)及第二电力线(例如，后述的负极电力线22或者正极电力线21)输出直流电力；开关电路(例如，后述的开关电路5)，包括连接前述第一电力线及第二电力线与前述负载的多个桥臂开关(例如，后述的桥臂开关元件51,52,53,54)；及，开关电路驱动装置(例如，后述的开关电路驱动装置8)，操作前述桥臂开关；前述电源在直流电力中叠加可变电压(例如，后述的可变电压E2)的电力，将电压以特定的周期变动的电力输出至前述第一电力线及第二电力线。
(11)此时优选的是，前述开关电路驱动装置在前述第一电力线与第二电力线之间的电压为特定的电压阈值(例如，0[V])以下的期间内或者未向前述第一电力线及第二电力线叠加可变电压的电力的期间内(例如，后述的图4中Tsw所示的期间内)，执行交替接通/断开前述桥臂开关的开关控制，并在前述第一电力线与第二电力线之间的电压高于前述电压阈值的期间内或者向前述第一电力线及第二电力线叠加了可变电压的电力的期间内(例如，后述的图4中Toff所示的期间内)，将前述桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。
(12)本发明的移动体(例如，后述的车辆V)，包括：交流旋转电机(例如，后述的交流旋转电机M)，连结于驱动轮；直流电源(例如，后述的蓄电池B)，输出直流电力；U相可变电压电源(例如，后述的U相可变电压电源7U)，输出可变电压的电力；V相可变电压电源(例如，后述的V相可变电压电源7V)，输出可变电压的电力；W相可变电压电源(例如，后述的W相可变电压电源7W)，输出可变电压的电力；第一U相电力线(例如，后述的第一U相电力线51U)及第二U相电力线(例如，后述的第二U相电力线52U)，将连接于前述交流旋转电机的U相的U相支路(例如，后述的U相支路5U)的两端与前述直流电源的两极进行连接；第一V相电力线(例如，后述的第一V相电力线51V)及第二V相电力线(例如，后述的第二V相电力线52V)，将连接于前述交流旋转电机的V相的V相支路(例如，后述的V相支路5V)的两端与前述直流电源的两极进行连接；及，第一W相电力线(例如，后述的第一W相电力线51W)及第二W相电力线(例如，后述的第二W相电力线52W)，将连接于前述交流旋转电机的W相的W相支路(例如，后述的W相支路5W)的两端与前述直流电源的两极进行连接；所述移动体的特征在于，前述U相可变电压电源的输出端子对(例如，后述的二次侧输入/输出端子对72Up,72Un)连接于前述第一U相电力线，前述V相可变电压电源的输出端子对(例如，后述的二次侧输入/输出端子对72Vp,72Vn)连接于前述第一V相电力线，前述W相可变电压电源的输出端子对(例如，后述的二次侧输入/输出端子对72Wp,72Wn)连接于前述第一W相电力线。
(发明的效果)
(1)本发明的电源系统包括：直流电源；开关电路，包括将连接于直流电源的两极的第一电力线及第二电力线与负载进行连接的多个桥臂开关；及，第一可变电压电源，从第一端子对输出可变电压的电力。另外，在本发明中，借由将第一可变电压电源的第一端子对均连接于第一电力线，可以在直流电源的直流电压中累加第一可变电压电源的可变电压。由此，根据本发明，在直流电源的直流电压中叠加可变电压的期间(即，施加高电压时)，不再需要为了使施加至负载的电压变化而操作开关电路，所以在将电压多级化时，不需要增加开关电路中包含的开关。因此，与例如专利文献1所示的利用多级直流斩波电路将电压进行了多级化的情况相比，可以减少开关电路中的开关的数量，所以可以相应地降低开关损耗及稳态损耗。
另外，根据本发明，如上所述，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作开关电路，所以，在设计开关电路中包含的开关的耐电压时，不再需要考虑施加高电压时的浪涌电压。由此，根据本发明，与例如专利文献1所示的利用多级直流斩波电路将电压进行了多级化的情况相比，可以降低开关电路中包含的开关的耐电压，所以可以降低开关中的稳态损耗，进而也可以减少开关的成本。
另外，根据本发明，如上所述，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作开关电路，所以，可以减少施加至负载的电压的高频成分，所以也可以减少铁损。
(2)在本发明中，第一可变电压电源包括对第二端子对中的电力变压并从第一端子对输出可变电压的电力的直流/直流转换器，并且，将该第一可变电压电源的第二端子对连接于直流电源的两极。即，在本发明中，第一可变电压电源借由对从直流电源输出的电力进行变压来输出可变电压的电力。由此，根据本发明，可以利用一个直流电源来将电压多级化。
(3)在本发明中，第一可变电压电源包括绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器、连接绝缘变压器的一次侧与第二端子对的一次侧电路、及连接绝缘变压器的二次侧与第一端子对的二次侧电路，并且，直流电源设为能够充放电的二次电池。由此，根据本发明，可以在从负载输出的电力为低于二次电池的充电电压上限的低电压的情况下，将从负载输出的电力直接供给至二次电池，在从负载输出的电力为高于二次电池的充电电压上限的高电压的情况下，利用第一可变电压电源将从负载输出的电力降压，并供给至二次电池。
(4)在本发明中，将以下电源设为第一可变电压电源，所述电源是将作为绝缘双向直流/直流转换器的前级转换器与作为双向直流/直流转换器的后级转换器从直流电源侧向第一电力线侧串联组合而成，并且，直流电源设为能够充放电的二次电池。由此，根据本发明，在将从负载输出的电力供给至作为二次电池的直流电源的再生时，可以利用后级转换器将第一电力线侧的直流电力升压或者降压后供给至前级转换器，所以可以使再生时的控制范围与将从直流电源输出的电力供给至负载的供电时的控制范围相等。
(5)在本发明中，在第一电力线中第一端子对之间设置防逆流二极管，所述防逆流二极管容许直流电源的输出电力，且阻断与该输出电流逆向的电流。由此，根据本发明，可以在从第一可变电压电源的第一端子对输出可变电压的电力时，防止第一端子对短路。
(6)在本发明中，在第一电力线中的第一端子对之间设置如上所述的防逆流二极管及开关，所述开关断开或连接绕过所述防逆流二极管的旁通线。由此，根据本发明，可以在从第一可变电压电源的第一端子对输出可变电压的电力时，如上所述防止第一端子对短路，并且，在从负载输出电力的情况下，接通开关，将从负载输出的电力供给至直流电源。
(7)本发明的电源系统包括电源驱动装置，所述电源驱动装置借由操作第一可变电压电源，使第一端子对之间的电压在0至特定的最大电压之间变化。根据本发明，可以利用电源驱动装置将从第一可变电压电源输出的电力的可变电压的波形整形为优选波形，所以在叠加可变电压期间，不操作开关电路中的多个桥臂开关便可以将优选波形的交流电力供给至负载。
(8)在本发明中，开关电路驱动装置在第一端子对之间的电压为特定的电压阈值以下的期间内或者未叠加第一可变电压电源的输出电力的期间内，执行交替接通/断开桥臂开关的开关控制，并在第一端子对之间的电压高于电压阈值的期间内或者叠加了第一可变电压电源的输出电力的期间内，将桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。即，在本发明中，借由在施加高电压时，停止由开关电路驱动装置执行开关控制，可以进一步减少开关电路中的开关损耗及稳态损耗。
(9)在本发明中，将输出可变电压的电力的第二可变电压电源的输出端子对连接于第一电力线或者第二电力线。由此，可以在不增加开关电路中的桥臂开关的数量的情况下，进一步增加电压的级数。
(10)本发明的电源系统包括：电源，向第一电力线及第二电力线输出直流电力；开关电路，包括连接第一电力线及第二电力线与负载的多个桥臂开关；及，开关电路驱动装置，操作桥臂开关。另外，在本发明中，电源在直流电力中叠加可变电压的电力，将电压以特定的周期变动的电力输出至第一电力线及第二电力线。由此，根据本发明，在直流电力中叠加可变电压的电力的期间，开关电路驱动装置不再需要为了使施加至负载的电压变化而操作桥臂开关。由此，根据本发明，与上述(1)的发明同样地，在将电压多级化时，不再需要增加开关电路中包含的桥臂开关，所以，可以相应地降低开关损耗及稳态损耗。另外，根据本发明，与上述(1)的发明同样地，可以降低开关电路中包含的开关的耐电压，所以可以降低开关中的稳态损耗，进而也可以减少开关的成本。另外，根据本发明，与上述(1)的发明同样地，可以减少施加至负载的电压的高频成分，进而也可以减少铁损。
(11)在本发明中，开关电路驱动装置在第一电力线与第二电力线之间的电压为特定的电压阈值以下的期间内或者未向第一电力线及第二电力线叠加可变电压的电力的期间内，执行交替接通/断开桥臂开关的开关控制，并在第一电力线与第二电力线之间的电压高于电压阈值的期间内或者向第一电力线及第二电力线叠加了可变电压的电力的期间内，将桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。即，在本发明中，借由在施加高电压时，停止由开关电路驱动装置执行开关控制，可以进一步减少开关电路中的开关损耗及稳态损耗。
(12)本发明的车辆包括：交流旋转电机、直流电源、U相可变电压电源、V相可变电压电源、W相可变电压电源、第一U相电力线及第二U相电力线、第一V相电力线及第二V相电力线、以及第一W相电力线及第二W相电力线。另外，在本发明中，U相可变电压电源的输出端子对连接于第一U相电力线，V相可变电压电源的输出端子对连接于第一V相电力线，W相可变电压电源的输出端子对连接于第一W相电力线。根据本发明，与上述(1)的发明同样地，在将电压多级化时，不再需要增加各相的支路中包含的桥臂开关，所以，可以相应地降低各相的支路中的开关损耗及稳态损耗。另外，根据本发明，与上述(1)的发明同样地，可以降低各相的支路中包含的开关的耐电压，所以可以降低开关中的稳态损耗，进而也可以减少开关的成本。另外，根据本发明，与上述(1)的发明同样地，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作各相的支路中包含的桥臂开关，所以，可以减少施加至交流旋转电机的电压的高频成分，所以也可以减少铁损。
附图说明
图1是绘示本发明的第一实施方式的电源系统的电路结构的图。
图2是绘示可变电压电源的电路结构的一例的图。
图3是绘示电源驱动装置的结构的功能框图。
图4是绘示负载供电时且多级电压电源输出高电压时的各部分的电压的变化的时序图的一例。
图5A是示意性地绘示现有的电源系统的图。
图5B是示意性地绘示本实施方式的电源系统的图。
图6是绘示本发明的第二实施方式的电源系统的可变电压电源的电路结构的图。
图7A是绘示后级转换器的第一例的图。
图7B是绘示后级转换器的第二例的图。
图8是绘示本发明的第三实施方式的电源系统的电路结构的图。
图9是绘示本发明的第四实施方式的电源系统及搭载该电源系统的车辆的电路结构的图。
图10是绘示可变电压电源的电路结构的另一例的图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，针对本发明的第一实施方式的电源系统，参照图式来进行说明。
图1是绘示本实施方式的电源系统1的电路结构的图。
电源系统1包括：多级电压电源3，向正极电力线21及负极电力线22输出多级电压的直流电力；开关电路5，连接电力线21,22与负载4；电源驱动装置6，操作多级电压电源3；及，开关电路驱动装置8，操作开关电路5。电源系统1利用驱动装置6,8操作多级电压电源3及开关电路5，由此，将从多级电压电源3输出至电力线21,22的直流电力转换为交流，并供给至负载4，或者，将从负载4输出的交流的电力转换为直流，并供给至多级电压电源3。
以下，针对负载4设为交流旋转电机的情况进行说明，但本发明不限于此，所述交流旋转电机在供电时，将从电力线21,22供给的交流电力转换为旋转轴的机械能，并在再生时，将旋转轴的机械能转换为交流电力并输出至电力线21,22。
开关电路5包括连接正极电力线21与负极电力线22的两条支路5a,5b。a相支路5a包括从正极电力线21侧朝向负极电力线22侧依次串联连接的a相上桥臂开关元件51及a相下桥臂开关元件52。b相支路5b以与a相支路5a并列的方式连接于电力线21,22。b相支路5b包括从正极电力线21侧朝向负极电力线22侧依次串联连接的b相上桥臂开关元件53及b相下桥臂开关元件54。
负载4的第一输入/输出端子41连接于a相支路5a的中点，即a相上桥臂开关元件51与a相下桥臂开关元件52的连接点。即，a相上桥臂开关元件51连接正极电力线21与负载4的第一输入/输出端子41，a相下桥臂开关元件52连接负极电力线22与负载4的第一输入/输出端子41。另外，负载4的第二输入/输出端子42连接于b相支路5b的中点，即b相上桥臂开关元件53与b相下桥臂开关元件54的连接点。即，b相上桥臂开关元件53连接正极电力线21与负载4的第二输入/输出端子42，b相下桥臂开关元件54连接负极电力线22与负载4的第二输入/输出端子42。
这些开关元件51,52,53,54分别根据从开关电路驱动装置8输入的栅极驱动信号GS1,GS2的接通/断开而切换为接通或者断开。更具体而言，a相上桥臂开关元件51及b相下桥臂开关元件54根据从开关电路驱动装置8输入的栅极驱动信号GS1的接通/断开而切换为接通或者断开，b相上桥臂开关元件53及a相下桥臂开关元件52根据从开关电路驱动装置8输入的栅极驱动信号GS2的接通/断开而切换为接通或者断开。在本实施方式中，针对使用N沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor,MOSFET)作为这些开关元件51～54的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，这些开关元件51～54也可以使用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)或结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor,JFET)等的已知的开关元件。
另外，如之后所说明，这些开关元件51～54不需要在多级电压电源3输出高电压时进行开关控制。因此，这些开关元件51～54的耐电压性能是根据后述的直流电源30的输出电压E1而设计的。
上桥臂开关元件51,53的漏极连接于正极电力线21，上桥臂开关元件51,53的源极分别连接于负载4的第一输入/输出端子41及第二输入/输出端子42。下桥臂开关元件52,54的源极连接于负极电力线22，下桥臂开关元件52,54的漏极分别连接于负载4的第一输入/输出端子41及第二输入/输出端子42。由此，各开关元件51～54的体二极管作为回流二极管发挥作用。
多级电压电源3包括：直流电源30，输出直流电力；可变电压电源7，输出以特定的周期变动的可变电压的直流电力；及，防逆流用开关元件34。多级电压电源3是三电平的直流电压电源，其借由以下说明的电路结构，能够输出0[V]、E1[V](以下，将直流电源30的输出电压记为E1)、及E1+E2[V](以下，将从可变电压电源7输出的可变电压记为E2)这3个等级的直流电压。
直流电源30的正极连接于正极电力线21，直流电源30的负极连接于负极电力线22。直流电源30将特定电压E1的直流电力输出至电力线21,22。在本实施方式中，针对将直流电源30设为能够进行将化学能转换为电能的放电、及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池的情况进行说明，但本发明不限于此。例如，也可以将供给含氧的氧化剂气体及氢气时会发电的燃料电池用作直流电源30。
可变电压电源7例如是使用绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括彼此绝缘的一次侧输入/输出端子对71p,71n与二次侧输入/输出端子对72p,72n，能够在一次侧输入/输出端子对71p,71n与二次侧输入/输出端子对72p,72n之间双向输入/输出直流电力。即，可变电压电源7在负载4供电时，对一次侧输入/输出端子对71p,71n中的直流电力进行变压，将可变电压E2的电力从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出，并在负载4再生时，对二次侧输入/输出端子对72p,72n中的直流电力进行变压，从一次侧输入/输出端子对71p,71n输出直流电力。
如图1所示，可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n均连接于正极电力线21中的直流电源30与开关电路5之间。更具体而言，可变电压电源7的二次侧正极输入/输出端子72p连接于正极电力线21中的比二次侧负极输入/输出端子72n更靠高电位侧(即，比二次侧负极输入/输出端子72n更靠开关电路5侧)的位置。此外，在本实施方式中，针对将二次侧输入/输出端子对72p,72n均连接于正极电力线21的情况进行说明，但本发明不限于此。也可以是可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n两者均连接于负极电力线22中的直流电源30与开关电路5之间。
防逆流用开关元件34设置在正极电力线21中的二次侧输入/输出端子对72p,72n之间。该开关元件34根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP5的接通/断开而切换为接通或者断开。在本实施方式中，针对使用N沟道型MOSFET作为该开关元件34的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括具有与开关元件51～54相同程度的耐电压性能且容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，该开关元件34也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件34的漏极连接于二次侧正极输入/输出端子72p，开关元件34的源极连接于二次侧负极输入/输出端子72n。因此，开关元件34的体二极管作为容许直流电源30的输出电流(正极电力线21的从直流电源30侧流向开关电路5侧的电流)且阻断与该输出电流逆向的逆电流的防逆流二极管发挥作用。另外，借由根据栅极驱动信号GP5的接通/断开来将开关元件34切换为接通或者断开，可以使开关元件34作为断开或连接绕过防逆流二极管的旁通线的开关来发挥作用。
另外，如图1所示，可变电压电源7的一次侧输入/输出端子对71p,71n连接于直流电源30的正负两极。更具体而言，可变电压电源7的一次侧正极输入/输出端子71p连接于直流电源30的正极，可变电压电源7的一次侧负极输入/输出端子71n连接于直流电源30的负极。此外，在本实施方式中，针对将一次侧输入/输出端子对71p,71n连接于直流电源30的正负两极的情况进行说明，但本发明不限于此。可变电压电源7的一次侧输入/输出端子对71p,71n也可以连接于与直流电源30不同的直流电源的正负两极。
接下来，参照图2对可变电压电源7的更详细的结构进行说明。
图2是绘示可变电压电源7的电路结构的一例的图。图2绘示将可变电压电源7设为所谓全桥绝缘双向直流/直流转换器的情况。此外，以下，以电压型的直流/直流转换器为例进行说明，但本发明不限于此。直流/直流转换器也可以设为电流型。
图2所示的可变电压电源7包括：绝缘变压器70，具有一次绕组及二次绕组；一次侧电路71，连接绝缘变压器70的一次侧与一次侧输入/输出端子对71p,71n；及，二次侧电路72，连接绝缘变压器70的二次侧与二次侧输入/输出端子对72p,72n。
一次侧电路71包括：正极电力线71Lp，连接于一次侧正极输入/输出端子71p；负极电力线71Ln，连接于一次侧负极输入/输出端子71n；一次侧全桥电路710，连接这些电力线71Lp,71Ln与绝缘变压器70的一次绕组；及，一次侧电压传感器718及平滑电容器719，在正极电力线71Lp与负极电力线71Ln之间彼此并联连接。一次侧电压传感器718将与电力线71Lp,71Ln之间的电压相应的电压检测信号发送至电源驱动装置6。
一次侧全桥电路710包括在绝缘变压器70的一次侧构成全桥电路的四个开关元件711,712,713,714。这些开关元件711～714分别根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP1,GP2的接通/断开而切换为接通或者断开。更具体而言，开关元件711,714根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP1的接通/断开而切换为接通或者断开，开关元件712,713根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP2的接通/断开而切换为接通或者断开。在本实施方式中，针对使用N沟道型MOSFET作为这些开关元件711～714的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，这些开关元件711～714也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件711,713的漏极连接于正极电力线71Lp，开关元件711,713的源极分别连接于绝缘变压器70的一次绕组的两端。开关元件712,714的源极连接于负极电力线71Ln，开关元件712,714的漏极分别连接于绝缘变压器70的一次绕组的两端。
二次侧电路72包括：正极电力线72Lp，连接于二次侧正极输入/输出端子72p；负极电力线72Ln，连接于二次侧负极输入/输出端子72n；二次侧全桥电路720，连接这些电力线72Lp,72Ln与绝缘变压器70的二次绕组；及，二次侧电压传感器728及平滑电容器729，在正极电力线72Lp与负极电力线72Ln之间彼此并联连接。二次侧电压传感器728将与电力线72Lp,72Ln之间的电压相应的电压检测信号发送至电源驱动装置6。
二次侧全桥电路720包括在绝缘变压器70的二次侧构成全桥电路的四个开关元件721,722,723,724。这些开关元件721～724分别根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP3,GP4的接通/断开而切换为接通或者断开。更具体而言，开关元件721,724根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP3的接通/断开而切换为接通或者断开，开关元件722,723根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP4的接通/断开而切换为接通或者断开。在本实施方式中，针对使用N沟道型MOSFET作为这些开关元件721～724的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，这些开关元件721～724也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件721,723的漏极连接于正极电力线72Lp，开关元件721,723的源极分别连接于绝缘变压器70的二次绕组的两端。开关元件722,724的源极连接于负极电力线72Ln，开关元件722,724的漏极分别连接于绝缘变压器70的二次绕组的两端。
如上所述的可变电压电源7在负载4供电时，根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP1,GP2对一次侧电路71的开关元件711,712,713,714进行接通/断开驱动，并且，使二次侧电路72作为由开关元件721,722,723,724的体二极管形成的整流电路来工作，由此，对一次侧输入/输出端子对71p,71n中的直流电力进行变压，并将可变电压E2的电力从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出。另外，可变电压电源7在负载4再生时，根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP3,GP4对二次侧电路72的开关元件721,722,723,724进行接通/断开驱动，并且，使一次侧电路71作为由开关元件711,712,713,714的体二极管形成的整流电路来工作，由此，对二次侧输入/输出端子对72p,72n中的直流电力进行变压，并从一次侧输入/输出端子对71p,71n输出直流电力。
图3是绘示电源驱动装置6的结构的功能框图。更具体而言，图3仅图示操作可变电压电源7及防逆流用开关元件34的电源驱动装置6中，特别是与负载4供电时的可变电压电源7的操作相关的部分。
电源驱动装置6包括基准值生成部60、振幅系数生成部61、乘法部62、反馈控制器63、调制波生成部64、及栅极驱动信号生成部65。电源驱动装置6在负载4供电时，将借由使用这些基准值生成部60、振幅系数生成部61、乘法部62、反馈控制器63、调制波生成部64、及栅极驱动信号生成部65而生成的栅极驱动信号GP1,GP2输入至可变电压电源7的一次侧电路71的开关元件711～714，对这些开关元件711～714进行操作，由此控制从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出的可变电压E2的波形。
基准值生成部60从预定的多个基准波形轮廓数据W1～W6之中选择一个，基于所选择的基准波形轮廓数据计算出控制基准值，并输出至乘法部62。这些基准波形轮廓数据W1～W6成为负载4供电时从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出的可变电压E2的波形的规范。
振幅系数生成部61将预定的振幅系数输出至乘法部62。振幅系数是决定可变电压E2的振幅即可变电压E2的最大值的系数，被规定在0至1之间。
乘法部62将从基准值生成部60输出的控制基准值乘以从振幅系数生成部61输出的振幅系数，由此计算出可变电压E2的目标值，并输出至反馈控制器63。
反馈控制器63以消除由二次侧电压传感器728检测的电压值与从乘法部62输出的目标值的偏差的方式，依照已知的反馈控制算法(例如，比例-积分-微分(ProportionalIntegral Derivative,PID)控制法)生成校正信号，并输出至栅极驱动信号生成部65。
调制波生成部64依照已知的调制波生成算法(例如，脉宽调制(Pulse WidthModulation,PWM)算法、脉冲密度调制(Pulse Density Modulation,PDM)算法、及Δ-∑调制算法)生成调制波信号，并输出至栅极驱动信号生成部65。
栅极驱动信号生成部65基于从反馈控制器63输出的校正信号与从调制波生成部64输出的调制波信号的比较，生成栅极驱动信号GP1及栅极驱动信号GP2，并输入至开关元件711～714，所述栅极驱动信号GP1用于驱动一次侧电路71的开关元件711,714，所述栅极驱动信号GP2用于驱动一次侧电路71的开关元件712,713且接通/断开与栅极驱动信号GP1反相。
电源驱动装置6在负载4供电时，依照以上顺序生成栅极驱动信号GP1,GP2，由此将基准值生成部60所选择的波形的可变电压E2从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出。
接下来，返回图1，针对负载4供电时及再生时的电源系统1的控制顺序，分为输入/输出低电压时及输入/输出高电压时来进行说明。
首先，说明负载4供电时且将从多级电压电源3输出至电力线21,22的直流电力的电压设为小于直流电源30的输出电压E1的输出低电压时的控制顺序。
在该情况下，电源驱动装置6借由将栅极驱动信号GP1～GP5均断开，而将可变电压电源7及防逆流用开关元件34均断开。由此，可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的电压约为0，而从直流电源30向电力线21,22供给电压E1的直流电力。另外，在该情况下，开关电路驱动装置8将依照已知的逆变器控制算法生成的栅极驱动信号GS1,GS2输入至开关电路5的开关元件51～54，对这些开关元件51～54进行接通/断开驱动，由此将电力线21,22中的直流电力转换为交流电力，并输出至负载4。
接下来，参照图4说明负载4供电时且将从多级电压电源3输出至电力线21,22的直流电力的电压设为直流电源30的输出电压E1以上的高电压输出时的控制顺序。更具体而言，以下，以向负载4供给将最大电压设为直流电源30的输出电压E1的2倍的正弦波的交流电力(参照后述的图4的最下段)的情况为例进行说明。
图4是绘示负载4供电时且多级电压电源3输出高电压时的各部分的电压的变化的时序图的一例。图4的最上段绘示从可变电压电源7输出的可变电压E2(即，二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的电压)的时间变化，图4的上数第二段绘示多级电压电源7的输出电压Etot(即，电力线21,22之间的电压)的时间变化，图4的上数第三段绘示由开关电路驱动装置8形成的开关波形、即从多级电压电源7的输出电压Etot除去可变电压E2后的电压的时间变化，图4的最下段绘示施加至负载4的电压、即输入/输出端子对41,42之间的电压的时间变化。
在这种高电压输出时，多级电压电源7在电源驱动装置6的控制下，在从直流电源30输出的直流电力中叠加从可变电压电源7输出的可变电压的电力，并将电压以特定的周期变动的直流电力输出至电力线21,22。更具体而言，电源驱动装置6以二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2在0至特定的最大电压(在图4的例子中，为直流电源30的输出电压E1的2倍)之间进行周期性变动的方式，操作可变电压电源7。
例如，在将图4的最下段所示的输出波形的交流电力供给至负载4的情况下，电源驱动装置6以二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2的波形与最终输出波形中的振幅超过直流电源30的输出电压E1的部分的波形相等的方式，即，以将图4的最上段所示的波形的可变电压E2从可变电压电源7输出至二次侧端子对72p,72n的方式，依照参照图3而说明的顺序生成栅极驱动信号GP1,GP2，并根据这些栅极驱动信号GP1,GP2来操作可变电压电源7的一次侧电路71。另外，电源驱动装置6在负载4供电时，借由断开栅极驱动信号GP5，而断开防逆流用开关元件34。由此，向电力线21,22供给在从直流电源30输出的电压E1的直流电力中叠加从可变电压电源7输出的可变电压E2的直流电力而获得的电力。
另外，在高电压输出时，开关电路驱动装置8在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2为特定的电压阈值(在图4的例子中，为0[V])以下的期间内、换言之，未向电力线21,22叠加可变电压电源7的输出电力的期间内(在图4中，“Tsw”所示的期间内)，将以向负载4供给电压在E1[V]至-E1[V]之间变化的交流电力的方式，依照已知的逆变器控制算法生成的栅极驱动信号GS1,GS2输入至开关电路5的开关元件51～54，执行对这些开关元件51～54交替反复进行接通/断开驱动的开关控制(参照图4的上数第二段及第三段)。因而，供给至负载4的交流电力中，电压的绝对值为E1[V]以下期间的波形(图4的最下段中的粗实线所示的波形)是借由开关电路驱动装置8对开关电路5的开关控制来实现。
另外，开关电路驱动装置8在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2高于上述电压阈值(在图4的例子中，为0[V])期间内(在图4中，“Toff”所示的期间内)，换言之，在向电力线21,22叠加了可变电压电源7的输出电力的期间内，将以向负载4继续施加正或者负的电压的方式生成的栅极驱动信号GS1,GS2输入至开关元件51～54，并将这些开关元件51～54维持为接通或者断开中的任一状态。即，在该期间内，开关电路驱动装置8停止对开关元件51～54交替反复进行接通/断开驱动的开关控制。此处，如果将栅极驱动信号GS1维持为接通且将栅极驱动信号GS2维持为断开，则开关元件51,54维持为接通且开关元件52,53维持为断开，所以，继续对负载4施加正的电压。另外，如果将栅极驱动信号GS1维持为断开且将栅极驱动信号GS2维持为接通，则开关元件51,54维持为断开且开关元件52,53维持为接通，所以，继续对负载4施加负的电压。因而，供给至负载4的交流电力中，电压的绝对值高于E1[V]期间的波形(图4的最下段中的粗虚线所示的波形)是借由在直流电源30的输出电压E1中叠加可变电压电源7的可变电压E2来实现。
接下来，说明负载4再生时且向多级电压电源3输入的直流电力的电压小于特定的充电电压上限的低电压输入时的控制顺序。在该情况下，开关电路驱动装置8将依照已知的逆变器控制算法生成的栅极驱动信号GS1,GS2输入至开关电路5的开关元件51～54，对这些开关元件51～54进行接通/断开驱动，由此，将从负载4输出的交流电力转换为直流电力，并从开关电路5供给至电力线21,22。另外，电源驱动装置6在电力线21,22之间的电压低于作为二次电池的直流电源30的特定的充电电压上限的情况下，借由接通防逆流用开关元件34，而将从开关电路5输出的直流电力直接供给至直流电源30，对直流电源30进行充电。
接下来，说明负载4再生时且向多级电压电源3输入的直流电力的电压为上述充电电压上限以上的高电压输入时的控制顺序。在该情况下，开关电路驱动装置8依照与输入低电压时相同的顺序，对开关元件51～54进行接通/断开驱动，由此，将从负载4输出的交流电力转换为直流电力，并从开关电路5供给至电力线21,22。另外，电源驱动装置6在电力线21,22之间的电压为上述充电电压上限以上的情况下，将以断开防逆流用开关元件34，并且从一次侧输入/输出端子对71p,71n输出特定的充电电压的直流电力的方式，依照已知的算法生成的栅极驱动信号GP3,GP4输入至可变电压电源7的二次侧电路72的开关元件721～724，对这些开关元件721～724进行接通/断开驱动。由此，电力线21,22中的直流电力的一部分由可变电压电源7进行变压，并供给至直流电源30。
根据本实施方式的电源系统1，起到以下效果。
(1)电源系统1包括：直流电源30；开关电路5，包括将连接于直流电源30的两极的电力线21,22与负载4进行连接的多个桥臂开关元件51～54；及，可变电压电源7，从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出可变电压E2的电力。另外，在本实施方式中，借由将可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n均连接于正极电力线21，可以在直流电源30的直流电压E1中累加可变电压电源7的可变电压E2。由此，根据本实施方式，在直流电源30的直流电压E1中叠加可变电压E2的期间(即，施加高电压时)，不再需要为了使施加至负载4的电压变化而操作开关电路5，所以在将电压多级化时，不需要增加开关电路5中包含的桥臂开关元件的数量。因此，与例如专利文献1所示的利用多级直流斩波电路将电压进行了多级化的情况相比，可以减少开关电路5中的桥臂开关元件的数量，所以可以相应地降低开关损耗及稳态损耗。
另外，根据本实施方式，如上所述，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作开关电路5，所以，在设计开关电路5中包含的桥臂开关元件51～54的耐电压时，不再需要考虑施加高电压时的浪涌电压。由此，根据本实施方式，与例如专利文献1所示的利用多级直流斩波电路将电压进行了多级化的情况相比，可以降低开关电路5中包含的桥臂开关元件51～54的耐电压，所以可以降低这些桥臂开关元件51～54中的稳态损耗，进而也可以减少桥臂开关元件51～54的成本。
另外，根据本实施方式，如上所述，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作开关电路5，所以，可以减少施加至负载4的电压的高频成分，所以也可以减少铁损。
此处，与现有的电源系统进行比较来说明由本实施方式的电源系统1实现的效率。
图5A是示意性地绘示现有的电源系统100的图，图5B是示意性地绘示本实施方式的电源系统1的图。
此处，如图5A所示，现有的电源系统100是指包括将从直流电源30输出的电力升压后供给至开关电路5及负载4的双向直流/直流转换器200的系统。在现有的电源系统100中，与图5B所示的本实施方式的电源系统1不同，双向直流/直流转换器200的低压侧输入/输出端子对201p,201n连接于直流电源30的两极，双向直流/直流转换器200的高压侧输入/输出端子对202p,202n连接于开关电路5的两极。即，现有的电源系统100在从直流电源30输出的电力全部通过双向直流/直流转换器200的方面，与本实施方式的电源系统1不同。
此处，对将直流电源30的电压升压为2倍并向开关电路5及负载4供给100[kW]的电力的情况下的两电源系统1,100的整个系统的效率进行比较。另外，此处，双向直流/直流转换器200的效率及作为绝缘双向直流/直流转换器的可变电压电源7的效率均设为98[％]。
如上所述，在现有的电源系统100中，从直流电源30输出的电力全部通过双向直流/直流转换器200，所以直流电源30的输出电力约为102[kW]。即，现有的电源系统100中的整个系统的效率与双向直流/直流转换器200的效率相等，为98[％]。
与此相对，在本实施方式的电源系统1中，供给至开关电路5及负载4的电力分为从直流电源30直接输出的电力及通过可变电压电源7的电力。即，与现有的电源系统100不同，从直流电源30输出的电力仅一部分通过可变电压电源7。因此，在将直流电源30的电压升压为2倍的情况下，在供给至开关电路5及负载4的电力中，从直流电源30直接输出的电力与通过可变电压电源7的电力相等，为50[kW]。因此，在将可变电压电源7的效率设为了98[％]的情况下，直流电源30的输出电力约为101[kW]。因而，本实施方式的电源系统1中的整个系统的效率高于可变电压电源7的效率，为99[％]。此外，如图4所示，在供给正弦波的交流电力的情况下，通过可变电压电源7的电力进一步降低，约为34.2[kW]，因此，整个系统的效率进一步上升。
(2)在本实施方式中，可变电压电源7设为对一次侧输入/输出端子对71p,71n中的电力进行变压并从二次侧输入/输出端子对72p,72n输出可变电压E2的电力的直流/直流转换器，并且，将该可变电压电源7的一次侧输入/输出端子对71p,71n连接于直流电源30的两极。即，在本实施方式中，可变电压电源7借由对从直流电源30输出的电力进行变压来输出可变电压E2的电力。由此，根据本实施方式，可以利用一个直流电源30来将电压多级化。
(3)在本实施方式中，可变电压电源7设为绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器70、连接绝缘变压器70的一次侧与一次侧输入/输出端子对71p,71n的一次侧电路71及连接绝缘变压器70的二次侧与二次侧输入/输出端子对72p,72n的二次侧电路72，并且，直流电源30设为能够充放电的二次电池。由此，根据本实施方式，可以在从负载4输出的电力为低于直流电源30的充电电压上限的低电压的情况下，将从负载4输出的电力直接供给至直流电源30，在从负载4输出的电力为高于充电电压上限的高电压的情况下，利用可变电压电源7将从负载4输出的电力降压，并供给至直流电源30。
(4)在本实施方式中，在正极电力线21中的二次侧输入/输出端子对72p,72n之间设置防逆流用开关元件34，所述防逆流用开关元件34包括容许直流电源30的输出电力，且阻断与该输出电流逆向的电流的体二极管。由此，根据本实施方式，可以在从可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n输出可变电压E2的电力时，防止二次侧输入/输出端子对72p,72n短路。另外，根据本实施方式，在从可变电压电源7的二次侧输入/输出端子对72p,72n输出可变电压E2的电力时，如上所述，可以防止二次侧输入/输出端子对72p,72n短路，并且，在从负载4输出电力的情况下，接通开关元件34，将从负载4输出的电力供给至直流电源30。
(5)本实施方式的电源系统1包括电源驱动装置6，所述电源驱动装置6借由操作可变电压电源7，使二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的电压在0至特定的最大电压之间变化。根据本实施方式，可以利用电源驱动装置6将从可变电压电源7输出的电力的可变电压E2的波形整形为优选波形，所以在叠加可变电压E2的期间，不操作开关电路5中的多个桥臂开关元件51～54便可以将优选波形的交流电力供给至负载4。
(7)在本实施方式中，开关电路驱动装置8在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的电压为特定的电压阈值以下的期间内，执行对桥臂开关元件51～54交替进行接通/断开驱动的开关控制，在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的电压高于电压阈值的期间内，将桥臂开关元件51～54维持为接通或者断开中的任一者。即，在本实施方式中，借由在施加高电压时，停止由开关电路驱动装置8执行开关控制，可以进一步减少开关电路5中的开关损耗及稳态损耗。
＜第二实施方式＞
接下来，针对本发明的第二实施方式的电源系统，参照图式来进行说明。此外，在以下的本实施方式的电源系统的说明中，针对与第一实施方式的电源系统1相同的构成，标注相同的符号，并省略详细的说明。本实施方式的电源系统的可变电压电源的电路结构与第一实施方式不同。
图6是绘示本实施方式的电源系统的可变电压电源7A的电路结构的图。可变电压电源7A是将前级转换器73及后级转换器80从直流电源30侧向设置在正极电力线21上的防逆流用开关元件34侧依次串联组合而构成。
前级转换器73是绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器(未图示)、连接该绝缘变压器的一次侧与一次侧输入/输出端子对71p,71n的一次侧电路(未图示)、及连接绝缘变压器的二次侧与后级转换器80的一次侧输入/输出端子对81p,81n的二次侧电路(未图示)。此外，该前级转换器73的结构与参照图2进行说明的可变电压电源7相同，所以省略详细的说明。前级转换器73的一次侧输入/输出端子对71p,71n与第一实施方式的可变电压电源7同样地连接于直流电源30的正负两极。另外，绝缘双向直流/直流转换器73的二次侧输入/输出端子对72p,72n经由后级转换器80，与第一实施方式的可变电压电源7同样地，均连接于设置在正极电力线21上的防逆流用开关元件34的两侧。
后级转换器80是双向直流/直流转换器，所述双向直流/直流转换器包括连接于前级转换器73的二次侧输入/输出端子对72p,72n的一次侧输入/输出端子对81p,81n及连接于设置在正极电力线21上的防逆流用开关元件34的两端的二次侧输入/输出端子对82p,82n，并且，能够在这些一次侧输入/输出端子对81p,81n与二次侧输入/输出端子对82p,82n之间对直流电力进行升压或者降压，并双向输入/输出。
图7A是绘示后级转换器80的第一例的图。图7A所示的后级转换器80是升/降压斩波电路，所述升/降压斩波电路是组合降压斩波电路与升压斩波电路而构成，所述降压斩波电路将输入至一次侧输入/输出端子对81p,81n的直流电力降压并输出至二次侧输入/输出端子对82p,82n，所述升压斩波电路将输入至二次侧输入/输出端子对82p,82n的直流电力升压并输出至一次侧输入/输出端子对81p,81n。
图7A所示的后级转换器80包括电抗器830、一次侧电容器831、二次侧电容器832、第一开关元件833、第二开关元件834、及负母线835。
负母线835是连接一次侧输入/输出端子81n与二次侧输入/输出端子82n的配线。电抗器830其一端侧连接于二次侧输入/输出端子82p，其另一端侧连接于第一开关元件833与第二开关元件834的连接节点836。一次侧电容器831其一端侧连接于一次侧输入/输出端子81p，其另一端侧连接于负母线835。二次侧电容器832其一端侧连接于二次侧输入/输出端子82p，其另一端侧连接于负母线835。开关元件833,834例如与图2的开关元件711同样地是使用N沟道型MOSFET。第一开关元件833的漏极连接于一次侧输入/输出端子81p，第一开关元件833的源极连接于电抗器830。另外，第二开关元件834的漏极连接于电抗器830，第二开关元件834的源极连接于负母线835。
根据图7A所示的后级转换器80，借由利用未图示的驱动电路对开关元件833,834进行开关控制，可以将一次侧输入/输出端子对81p,81n中的直流电力降压并从二次侧输入/输出端子对82p,82n输出，或者将二次侧输入/输出端子对82p,82n中的直流电力升压并从一次侧输入/输出端子对81p,81n输出。
图7B是绘示后级转换器80的第二例的图。图7B所示的后级转换器80是升/降压转换器，所述升/降压转换器是组合以下两个斩波电路而构成，即：将输入至一次侧输入/输出端子对81p,81n的直流电力升/降压并输出至二次侧输入/输出端子对82p,82n的升/降压斩波电路、与将输入至二次侧输入/输出端子对82p,82n的直流电力升/降压并输出至一次侧输入/输出端子对81p,81n的升/降压斩波电路。
图7B所示的后级转换器80包括电抗器840、一次侧电容器841、二次侧电容器842、第一开关元件843、第二开关元件844、第三开关元件845、第四开关元件846、及负母线847。
负母线847是连接一次侧输入/输出端子81n与二次侧输入/输出端子82n的配线。电抗器840其一端侧连接于第一开关元件843与第二开关元件844的连接节点848，其另一端侧连接于第三开关元件845与第四开关元件846的连接节点849。一次侧电容器841其一端侧连接于一次侧输入/输出端子81p，其另一端侧连接于负母线847。二次侧电容器842其一端侧连接于二次侧输入/输出端子82p，其另一端侧连接于负母线787。开关元件843～846例如与图2的开关元件711同样地是使用N沟道侧MOSFET。第一开关元件843的漏极连接于一次侧输入/输出端子81p，第一开关元件843的源极连接于电抗器840。第二开关元件844的漏极连接于电抗器840，第二开关元件844的源极连接于负母线847。第三开关元件845的漏极连接于二次侧输入/输出端子82p，第三开关元件845的源极连接于电抗器840。另外，第四开关元件846的漏极连接于电抗器840，第四开关元件846的源极连接于负母线847。
根据图7B所示的后级转换器80，借由利用未图示的驱动电路对开关元件843～846进行开关控制，可以将一次侧输入/输出端子对81p,81n中的直流电力升降压并从二次侧输入/输出端子对82p,82n输出，或者将二次侧输入/输出端子对82p,82n中的直流电力升降压并从一次侧输入/输出端子对81p,82n输出。
根据本实施方式的电源系统，除了上述(1)～(7)的效果以外，还起到以下效果。
(8)在上述第一实施方式中，针对将图2所示的绝缘双向直流/直流转换器用作可变电压电源7，并将其二次侧输入/输出端子对72p,72n直接连接于正极电力线21的情况进行了说明。然而，在该情况下，将输入至二次侧输入/输出端子对72p,72n的直流电力变压并从一次侧输入/输出端子对71p,71n输出的再生时的控制范围是有限的。与此相对，在本实施方式中，将组合作为绝缘双向直流/直流转换器的前级转换器73与作为双向直流/直流转换器的后级转换器80而成的电源用作可变电压电源7A。换言之，在本实施方式中，将前级转换器73经由后级转换器80而连接于正极电力线21。由此，根据本实施方式，在再生时，可以驱动后级转换器80，根据需要将正极电力线21侧的直流电力升压或者降压并供给至前级转换器73，所以可以使再生时的控制范围与供电时的控制范围相等。
＜第三实施方式＞
接下来，针对本发明的第三实施方式的电源系统，参照图式来进行说明。此外，在以下的本实施方式的电源系统的说明中，针对与第一实施方式的电源系统1相同的构成，标注相同的符号，并省略详细的说明。
图8是绘示本实施方式的电源系统1A的电路结构的图。在本实施方式的电源系统1A中，多级电压电源3A、电源驱动装置6A及开关电路驱动装置8A的结构与第一实施方式不同。
多级电压电源3A包括：直流电源30，输出直流电力；第一可变电压电源7B，输出以特定的周期变动的可变电压的直流电力；第二可变电压电源9B，输出以特定的周期变动的可变电压的直流电力；第一防逆流用开关元件34A；及，第二防逆流用开关元件35A。多级电压电源3A是四电平的直流电压电源，其借由以下说明的电路结构，能够输出0[V]、E1[V]、E1+E2[V](以下，将从第一可变电压电源7B输出的可变电压记为E2)、及E1+E2+E3[V](以下，将从第二可变电压电源9B输出的可变电压记为E3)这4个等级的直流电压。
第一可变电压电源7B及第一防逆流用开关元件34A的结构与第一实施方式的电源系统1中的可变电压电源7及防逆流用开关元件34相同，所以省略详细的说明。
第二可变电压电源9B例如使用绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括彼此绝缘的一次侧输入/输出端子对91p,91n与二次侧输入/输出端子对92p,92n，能够在一次侧输入/输出端子对91p,91n与二次侧输入/输出端子对92p,92n之间双向输入/输出直流电力。即，第二可变电压电源9B在负载4供电时，对一次侧输入/输出端子对91p,91n中的直流电力进行变压，将可变电压E3的电力从二次侧输入/输出端子对92p,92n输出，并在负载4再生时，对二次侧输入/输出端子对92p,92n中的直流电力进行变压，从一次侧输入/输出端子对91p,91n输出直流电力。
如图8所示，第二可变电压电源9B的二次侧输入/输出端子对92p,92n均连接于负极电力线22中直流电源30与开关电路5之间。更具体而言，第二可变电压电源9B的二次侧正极输入/输出端子92p连接于负极电力线22中的比二次侧负极输入/输出端子92n更靠高电位侧(即，比二次侧负极输入/输出端子92n更靠直流电源30侧)的位置。此外，在本实施方式中，针对将二次侧输入/输出端子对92p,92n均连接于负极电力线22的情况进行说明，但本发明不限于此。也可以是第二可变电压电源9B的二次侧输入/输出端子对92p,92n两者均连接于正极电力线21中的直流电源30与开关电路5之间。
第二防逆流用开关元件35A设置在负极电力线22中的二次侧输入/输出端子对92p,92n之间。该开关元件35A根据从电源驱动装置6A输入的栅极驱动信号GP10的接通/断开而切换为接通或者断开。在本实施方式中，针对使用N沟道型MOSFET作为该开关元件35A的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括具有与开关元件51～54相同程度的耐电压性能且容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，该开关元件35A也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件35A的漏极连接于二次侧正极输入/输出端子92p，开关元件35A的源极连接于二次侧负极输入/输出端子92n。因此，开关元件35A的体二极管作为容许直流电流30的输出电流(负极电力线22中的从开关电路5侧流向直流电源30侧的电流)且阻断与该输出电流逆向的逆电流的防逆流二极管发挥作用。另外，借由根据栅极驱动信号GP10的接通/断开来将开关元件35A切换为接通或者断开，可以使开关元件35A作为断开或连接绕过防逆流二极管的旁通线的开关来发挥作用。
另外，如图8所示，第二可变电压电源9B的一次侧输入/输出端子对91p,91n连接于直流电源30的正负两极。更具体而言，第二可变电压电源9B的一次侧正极输入/输出端子91p连接于直流电源30的正极，第二可变电压电源9B的一次侧负极输入/输出端子91n连接于直流电源30的负极。此外，在本实施方式中，针对将一次侧输入/输出端子对91p,91n连接于直流电源30的正负两极的情况进行说明，但本发明不限于此。第二可变电压电源9B的一次侧输入/输出端子对91p,91n也可以连接于与直流电源30不同的直流电源的正负两极。
此外，第二可变电压电源9B的具体的电路结构与参照图2进行说明的可变电压电源7相同，所以省略详细的图示及说明。即，第二可变电压电源9B的一次侧电路的开关元件根据从电源驱动装置6A输入的栅极驱动信号GP6,GP7的接通/断开而切换为接通或者断开，第二可变电压电源9B的二次侧电路的开关元件根据从电源驱动装置6A输入的栅极驱动信号GP8,GP9的接通/断开而切换为接通或者断开。
如上所述，根据具有两个可变电压电源7B,9B的多级电压电源3A，能够输出0[V]、E1[V]、E1+E2[V]、及E1+E2+E3[V]这4个等级的直流电压。
此处，针对负载4供电时的电源系统1A的控制顺序，分为将从多级电压电源3A输出的直流电力的电压设为低于E1[V]的低电压输出时、设为低于E1+E2[V]的中电压输出时、及设为E1+E2[V]以上的高电压输出时来进行说明。
首先，负载4供电时、且低电压输出时的电源驱动装置6A及开关电路驱动装置8A的控制顺序与第一实施方式的电源系统1相同，所以省略详细的说明。
其次，负载4供电时、且中电压输出时的电源驱动装置6A及开关电路驱动装置8A的控制顺序也与第一实施方式的电源系统1相同。即，电源驱动装置6A以二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2的波形与最终输出波形中的振幅超过直流电源30的输出电压E1的部分的波形相等的方式，依照参照图3进行说明的顺序生成栅极驱动信号GP1,GP2，并根据这些栅极驱动信号GP1,GP2来操作可变电压电源7的一次侧电路71。另外，电源驱动装置6A在负载4供电时断开栅极驱动信号GP5，由此断开第一防逆流用开关元件34A。另外，在中电压输出时，电源驱动装置6A将栅极驱动信号GP6～GP10均断开，以将二次侧输入/输出端子对92p,92n之间的可变电压E3维持为0[V]。由此，向电力线21,22供给在从直流电源30输出的电压E1的直流电力中叠加从第一可变电压电源7B输出的可变电压E2的直流电力而获得的电力。
另外，在中电压输出时，开关电路驱动装置8A与第一实施方式的电源系统1同样地，在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2为特定的电压阈值以下的期间内，换言之，在未向电力线21,22叠加第一可变电压电源7B的输出电力的期间内，执行对开关电路5的开关元件51～54交替反复进行接通/断开驱动的开关控制。另外，开关电路驱动装置8A在二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2高于上述电压阈值的期间内，换言之，在向电力线21,22叠加了第一可变电压电源7B的输出电力的期间内，将开关元件51～54维持为接通或者断开中的任一状态。
接下来，针对负载4供电时、且高电压输出时的电源驱动装置6A及开关电路驱动装置8A的控制顺序进行说明。在该情况下，电源驱动装置6A以第一可变电压电源7B的二次侧输入/输出端子对72p,72n之间的可变电压E2的波形与最终输出波形中的振幅为E1到直流电源30的输出电压E1与第一可变电压电源7B的最大电压E2_max的和之间的部分的波形相等的方式，依照参照图3进行说明的顺序生成栅极驱动信号GP1,GP2，并根据这些栅极驱动信号GP1,GP2来操作第一可变电压电源7B的一次侧电路71。另外，电源驱动装置6A以第二可变电压电源9B的二次侧输入/输出端子对92p,92n之间的可变电压E3的波形与最终输出波形中的振幅超过E1+E2_max的部分的波形相等的方式，依照参照图3进行说明的顺序生成栅极驱动信号GP6,GP7，并根据这些栅极驱动信号GP6,GP7来操作第二可变电压电源9B的一次侧电路。另外，电源驱动装置6A在负载4供电时断开栅极驱动信号GP5,GP10，由此断开防逆流用开关元件34A,35A。由此，向电力线21,22供给在从直流电源30输出的电压E1的直流电力中叠加从第一可变电压电源7B输出的可变电压E2的直流电力、及从第二可变电压电源9B输出的可变电压E3的直流电力而获得的电力。
另外，在高电压输出时，开关电路驱动装置8A与中电压输出时同样地，在未向电力线21,22叠加第一可变电压电源7B及第二可变电压电源9B的输出电力任一者的期间内，执行对开关电路5的开关元件51～54交替反复进行接通/断开驱动的开关控制，另外，开关电路驱动装置8A在向电力线21,22叠加了第一可变电压电源7B及第二可变电压电源9B的输出电力中的至少任一者的期间内，将开关元件51～54维持为接通或者断开中的任一状态。
根据本实施方式的电源系统1A，除了上述(1)～(7)的效果以外，还起到以下效果。
(9)在本实施方式中，将输出可变电压E3的电力的第二可变电压电源9B的二次侧输入/输出端子对92p,92n连接于负极电力线22。由此，可以在不增加开关电路5中的桥臂开关元件51～54的数量的情况下，增加电压的级数。
此外，在本实施方式中，针对将参照图2进行说明的绝缘双向直流/直流转换器用作第一可变电压电源7B及第二可变电压电源9B的情况进行了说明，但本发明不限于此。如在第二实施方式中所说明，也可以将串联组合作为绝缘双向直流/直流转换器的前级转换器73与作为双向直流/直流转换器的后级转换器80而成的电源用作第一可变电压电源及第二可变电压电源。
＜第四实施方式＞
接下来，针对本发明的第四实施方式的电源系统及作为搭载该电源系统的移动体的车辆，参照图式来进行说明。
图9是绘示本实施方式的电源系统1B及搭载该电源系统1B的车辆V的电路结构的图。
车辆V包括：交流旋转电机M，连结于未图示的驱动轮；及，车辆用的电源系统1B，进行该交流旋转电机M与后述的蓄电池B之间的电力的授受。此外，在本实施方式中，车辆V以主要借由交流旋转电机M产生的动力来加减速的车辆为例进行说明，但本发明不限于此。车辆V也可以设为搭载交流旋转电机M及发动机作为动力产生源的所谓混合动力车辆。
交流旋转电机M经由未图示的动力传递机构而连结于驱动轮。借由从电源系统1B向交流旋转电机M供给三相交流电力而由交流旋转电机M产生的驱动转矩经由未图示的动力传递机构传递至驱动轮，从而使驱动轮旋转，并使车辆V行驶。另外，交流旋转电机M在车辆V减速时发挥发电机的功能，产生再生电力，并且，将与此再生电力的大小相应的再生制动转矩提供给驱动轮。由交流旋转电机M产生的再生电力被适当地充电给电源系统1B的蓄电池B。
电源系统1B包括：多级电压电源3B，向正极电力线21B及负极电力线22B输出多级电压的直流电力；开关电路5B，连接电力线21B,22B与交流旋转电机M；电源驱动装置6B，操作多级电压电源3B；及，开关电路驱动装置8B，操作开关电路5B。电源系统1B利用驱动装置6B,8B操作多级电压电源3B及开关电路5B，由此，将从多级电压电源3B输出至电力线21B,22B的直流电力转换为三相交流，并供给至交流旋转电机M，或者，将从交流旋转电机M输出的三相交流的电力转换为直流，并供给至多级电压电源3B。
开关电路5B包括连接正极电力线21B与负极电力线22B的三条支路5U,5V,5W。
U相支路5U包括：第一U相电力线51U，连接正极电力线21B与交流旋转电机M的U相；第二U相电力线52U，连接负极电力线22B与交流旋转电机M的U相；U相上桥臂开关元件53U，设置在第一U相电力线51U上；及，U相下桥臂开关元件54U，设置在第二U相电力线52U上。
V相支路5V包括：第一V相电力线51V，连接正极电力线21B与交流旋转电机M的V相；第二V相电力线52V，连接负极电力线22B与交流旋转电机M的V相；V相上桥臂开关元件53V，设置在第一V相电力线51V上；及，V相下桥臂开关元件54V，设置在第二V相电力线52V上。
W相支路5W包括：第一W相电力线51W，连接正极电力线21B与交流旋转电机M的W相；第二W相电力线52W，连接负极电力线22B与交流旋转电机M的W相；W相上桥臂开关元件53W，设置在第一W相电力线51W上；及，W相下桥臂开关元件54W，设置在第二W相电力线52W上。
这些开关元件53U,54U,53V,54V,53W,54W根据从开关电路驱动装置8B输入的栅极驱动信号的接通/断开而切换为接通或者断开。
多级电压电源3B包括：作为输出直流电力的直流电源的蓄电池B；分别输出以特定的周期变动的可变电压的直流电力的U相可变电压电源7U、V相可变电压电源7V及W相可变电压电源7W；以及U相防逆流用开关元件34U、V相防逆流用开关元件34V及W相防逆流用开关元件34W。多级电压电源3B是三电平的直流电压电源，其借由以下说明的电路结构，能够输出0[V]、E1[V](以下，将蓄电池B的输出电压记为E1)、及E1+E2[V](以下，将从可变电压电源7U,7V,7W输出的可变电压记为E1)这3个等级的直流电压。
蓄电池B的正极连接于正极电力线21，蓄电池B的负极连接于负极电力线22。
各相的可变电压电源7U,7V,7W分别与第一实施方式的可变电压电源7同样地使用能够在一次侧输入/输出端子对与二次侧输入/输出端子对之间双向输入/输出直流电力的绝缘双向直流/直流转换器。
更具体而言，U相可变电压电源7U的二次侧输入/输出端子对72Up,72Un均连接于第一U相电力线51U中的蓄电池B与U相上桥臂开关元件53U之间。更具体而言，U相可变电压电源7U的二次侧正极输入/输出端子72Up连接于第一U相电力线51U中的比二次侧负极输入/输出端子72Un更靠高电位侧(即，比二次侧负极输入/输出端子72Un更靠U相上桥臂开关元件53U侧)的位置。
另外，V相可变电压电源7V的二次侧输入/输出端子对72Vp,72Vn均连接于第一V相电力线51V中的蓄电池B与V相上桥臂开关元件53V之间。更具体而言，V相可变电压电源7V的二次侧正极输入/输出端子72Vp连接于第一V相电力线51V中的比二次侧负极输入/输出端子72Vn更靠高电位侧(即，比二次侧负极输入/输出端子72Vn更靠V相上桥臂开关元件53V侧)的位置。
另外，W相可变电压电源7W的二次侧输入/输出端子对72Wp,72Wn均连接于第一W相电力线51W中的蓄电池B与W相上桥臂开关元件53W之间。更具体而言，W相可变电压电源7W的二次侧正极输入/输出端子72Wp连接于第一W相电力线51W中的比二次侧负极输入/输出端子72Wn更靠高电位侧(即，比二次侧负极输入/输出端子72Wn更靠W相上桥臂开关元件53W侧)的位置。
如上所述，在本实施方式中，针对将各相的可变电压电源7U,7V,7W的二次侧输入/输出端子对均连接于各相的高电位侧的电力线51U,51V,51W的情况进行说明，但本发明不限于此。也可以是各相的可变电压电源7U,7V,7W的二次侧输入/输出端子对两者均连接于各相的低电位侧的电力线52U,52V,52W。
另外，各相的防逆流用开关元件34U,34V,34W设置在各相的电力线51U,51V,51W中的各相的二次侧输入/输出端子对72Up,72Un、二次侧输入/输出端子对72Vp,72Vn、及二次侧输入/输出端子对72Wp,72Wn之间。
另外，U相可变电压电源7U的一次侧输入/输出端子对71Up,71Un、V相可变电压电源7V的一次侧输入/输出端子对71Vp,71Vn、及W相可变电压电源7W的一次侧输入/输出端子对71Wp,71Wn分别连接于蓄电池B的正负两极。更具体而言，U相可变电压电源7U的一次侧正极输入/输出端子71Up连接于蓄电池B的正极，U相可变电压电源7U的一次侧负极输入/输出端子71Un连接于蓄电池B的负极，V相可变电压电源7V的一次侧正极输入/输出端子71Vp连接于蓄电池B的正极，V相可变电压电源7V的一次侧负极输入/输出端子71Vn连接于蓄电池B的负极，W相可变电压电源7W的一次侧正极输入/输出端子71Wp连接于蓄电池B的正极，W相可变电压电源7W的一次侧负极输入/输出端子71Wn连接于蓄电池B的负极。此外，在本实施方式中，针对将各相的一次侧输入/输出端子对连接于蓄电池B的正负两极的情况进行说明，但本发明不限于此。各相的一次侧输入/输出端子对也可以均连接于与蓄电池B不同的直流电源的正负两极。
此外，各相的可变电压电源7U,7V,7W的具体的电路结构与参照图2进行说明的可变电压电源7相同，所以省略详细的图示及说明。如上所述，根据每相具有可变电压电源7U,7V,7W的多级电压电源3B，能够输出0[V]、E1[V]及E1+E2[V]这3个等级的直流电压。
此外，交流旋转电机M供电时及再生时的电源驱动装置6B及开关电路驱动装置8B的控制顺序与第一实施方式的电源系统1几乎相同，所以省略详细的说明。
根据本实施方式的电源系统1B及搭载其的车辆V，除了上述(1)～(7)的效果以外，还起到以下效果。
(10)本实施方式的车辆V包括交流旋转电机M、蓄电池B、U相可变电压电源7U、V相可变电压电源7V、W相可变电压电源7W、U相电力线51U,52U、V相电力线51V,52V及W相电力线51W,52W。另外，在本实施方式中，U相可变电压电源7U的二次侧输入/输出端子对72Up,72Un连接于第一U相电力线51U，V相可变电压电源7V的二次侧输入/输出端子对72Vp,72Vn连接于第一V相电力线51V，W相可变电压电源7W的二次侧输入/输出端子对72Wp,72Wn连接于第一W相电力线51U。根据本实施方式，与第一实施方式的电源系统1同样地，在将电压多级化时，不再需要增加各相的支路中包含的桥臂开关元件的数量，所以，可以相应地降低各相的支路中的开关损耗及稳态损耗。另外，根据本实施方式，与第一实施方式的电源系统1同样地，可以降低各相的支路中包含的开关元件的耐电压，所以可以降低开关元件中的稳态损耗，进而也可以减少开关元件的成本。另外，根据本实施方式，与第一实施方式的电源系统1同样地，在施加高电压时，不再需要为了使电压变化而操作各相的支路5U,5V,5W中包含的桥臂开关元件，所以，可以减少施加至交流旋转电机的电压的高频成分，所以也可以减少铁损。
此外，在本实施方式中，针对将参照图2进行说明的绝缘双向直流/直流转换器用作可变电压电源7U,7V,7W的情况进行了说明，但本发明不限于此。如在第二实施方式中所说明，也可以将串联组合作为绝缘双向直流/直流转换器的前级转换器73与作为双向直流/直流转换器的后级转换器80而成的电源用作可变电压电源7U,7V,7W。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此。可以在本发明的主旨范围内对细节的构造进行适当变更。
例如，在上述实施方式中，针对使用图2所示的全桥绝缘双向直流/直流转换器作为可变电压电源7,7B,9B,7U,7V,7W及前级转换器73的情况进行了说明，但本发明不限于此。
图10是绘示可变电压电源的电路结构的另一例的图。图10中绘示将可变电压电源7C设为所谓推挽绝缘双向直流/直流转换器的情况。
可变电压电源7C包括：绝缘变压器75，具有一次绕组及二次绕组；一次侧电路76，连接绝缘变压器75的一次侧与一次侧输入/输出端子对76p,76n；及，二次侧电路77，连接绝缘变压器75的二次侧与二次侧输入/输出端子对77p,77n。如图10所示，可变电压电源7C的绝缘变压器75在一次绕组及二次绕组并且为中间抽头(Center Tap)式的方面，与图2中所示的可变电压电源7的绝缘变压器70不同。
一次侧电路76包括：正极电力线76Lp，连接一次侧正极输入/输出端子76p与绝缘变压器75的一次绕组的中间抽头；负极电力线76Ln，连接于一次侧负极输入/输出端子76n；一次侧同步型两波整流电路760，连接这些电力线76Lp,76Ln与绝缘变压器75的一次绕组；及，一次侧电压传感器768及平滑电容器769，在正极电力线76Lp与负极电力线76Ln之间彼此并联连接。
一次侧同步型两波整流电路760包括：第一开关元件761，连接绝缘变压器75的一次绕组的一端侧与负极电力线76Ln；及，第二开关元件762，连接绝缘变压器75的一次绕组的另一端侧与负极电力线76Ln。这些开关元件761,762分别根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP1,GP2的接通/断开而切换为接通或者断开。在图10所示的例子中，针对使用N沟道型MOSFET作为这些开关元件761,762的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，这些开关元件761,762也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件761,762的漏极分别连接于绝缘变压器75的一次绕组的两端，开关元件761,762的源极连接于负极电力线76Ln。
二次侧电路77包括：正极电力线77Lp，连接二次侧正极输入/输出端子77p与绝缘变压器75的二次绕组的中间抽头；负极电力线77Ln，连接于二次侧负极输入/输出端子77n；二次侧同步型两波整流电路770，连接这些电力线77Lp,77Ln与绝缘变压器75的二次绕组；及，二次侧电压传感器778及平滑电容器779，在正极电力线77Lp与负极电力线77Ln之间彼此并联连接。
二次侧同步型两波整流电路770包括：第一开关元件771，连接绝缘变压器75的二次绕组的一端侧与负极电力线77Ln；及，第二开关元件772，连接绝缘变压器75的二次绕组的另一端侧与负极电力线77Ln。这些开关元件771,772分别根据从电源驱动装置6输入的栅极驱动信号GP3,GP2的接通/断开而切换为接通或者断开。在图10所示的例子中，针对使用N沟道型MOSFET作为这些开关元件771,772的情况进行说明，但本发明不限于此，所述N沟道型MOSFET包括容许从源极向漏极的电流的体二极管。除了MOSFET以外，这些开关元件771,772也可以使用IGBT或JFET等的已知的开关元件。
开关元件771,772的漏极分别连接于绝缘变压器75的一次绕组的两端，开关元件771,772的源极连接于负极电力线77Ln。
附图标记
V 车辆(移动体)
1、1A、1B 电源系统(电源系统)
21、21B 正极电力线(第一电力线、第二电力线)
22、22B 负极电力线(第二电力线、第一电力线)
3、3A、3B 多级电压电源(电源)
30 直流电源(直流电源、二次电池)
B 蓄电池(直流电源)
7、7A、7B、7C、9B、7U、7V、7W 可变电压电源
70、75 绝缘变压器
71、76 一次侧电路
71p、71n、76p、76n 一次侧输入/输出端子对(第二端子对)
72、77 二次侧电路
72p、72n、77p、77n 二次侧输入/输出端子对(第一端子对)
73 前级转换器
80 后级转换器
81p、81n 一次侧输入/输出端子对
82p、82n 二次侧输入/输出端子对(第一端子对)
34、34A、35A、34U、34V、34W 防逆流用开关元件(防逆流二极管、开关)
4 负载(交流旋转电机)
M 交流旋转电机(负载)
5、5B 开关电路
5a、5b、5U、5V、5W 支路
51、52、53、54、53U、54U、53V、54V、53W、54W 桥臂开关元件(桥臂开关)
6、6A、6B 电源驱动装置
8、8A、8B 开关电路驱动装置

Claims (12)

1.一种电源系统，包括：
直流电源，输出直流电力；
第一可变电压电源，从第一端子对输出可变电压的电力；
第一电力线及第二电力线，分别连接于前述直流电源的两极；及，
开关电路，包括连接前述第一电力线及第二电力线与负载的多个桥臂开关；
所述电源系统的特征在于，
前述第一端子对均连接于前述第一电力线。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，
前述第一可变电压电源包括将第二端子对中的电力变压后从前述第一端子对输出的直流/直流转换器，
前述第二端子对分别连接于前述直流电源的两极。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其中，
前述第一可变电压电源包括绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器、连接前述绝缘变压器的一次侧与前述第二端子对的一次侧电路、及连接前述绝缘变压器的二次侧与前述第一端子对的二次侧电路，
前述直流电源是能够进行将化学能转换为电能的放电、及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。
4.根据权利要求2所述的电源系统，其中，
前述第一可变电压电源包括前级转换器及后级转换器，
前述前级转换器是绝缘双向直流/直流转换器，所述绝缘双向直流/直流转换器包括绝缘变压器、连接前述绝缘变压器的一次侧与前述第二端子对的一次侧电路、及连接前述绝缘变压器的二次侧与前述后级转换器的一次侧输入/输出端子对的二次侧电路，
前述后级转换器是双向直流/直流转换器，能够在前述一次侧输入/输出端子对与前述第二端子对之间对直流电力进行升压或者降压，并进行双向输入/输出，
前述直流电源是能够进行将化学能转换为电能的放电、及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其中，在前述第一电力线中的前述第一端子对之间设置防逆流二极管，所述防逆流二极管容许前述直流电源的输出电流，且阻断与该输出电流逆向的电流。
6.根据权利要求3或4所述的电源系统，其中，在前述第一电力线中的前述第一端子对之间设置：防逆流二极管，容许前述直流电源的输出电流，且阻断与该输出电流逆向的电流；及，开关，断开或连接绕过前述防逆流二极管的旁通线。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其中，还包括电源驱动装置，所述电源驱动装置借由操作前述第一可变电压电源，使前述第一端子对之间的电压在0至特定的最大电压之间变化。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其中，还包括开关电路驱动装置，其操作前述桥臂开关，
前述开关电路驱动装置在前述第一端子对之间的电压为特定的电压阈值以下的期间内或者未向前述第一电力线及第二电力线叠加前述第一可变电压电源的输出电力的期间内，执行交替接通/断开前述桥臂开关的开关控制，并在前述第一端子对之间的电压高于前述电压阈值的期间内或者向前述第一电力线及第二电力线叠加了前述第一可变电压电源的输出电力的期间内，将前述桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其中，还包括从输出端子对输出可变电压的电力的第二可变电压电源，
前述输出端子对均连接于前述第一电力线或者前述第二电力线。
10.一种电源系统，将直流电力转换为交流并供给至负载，所述电源系统的特征在于，包括：
电源，向第一电力线及第二电力线输出直流电力；
开关电路，包括连接前述第一电力线及第二电力线与前述负载的多个桥臂开关；及，
开关电路驱动装置，操作前述桥臂开关；
前述电源在直流电力中叠加可变电压的电力，将电压以特定的周期变动的电力输出至前述第一电力线及第二电力线。
11.根据权利要求10所述的电源系统，其中，前述开关电路驱动装置在前述第一电力线与第二电力线之间的电压为特定的电压阈值以下的期间内或者未向前述第一电力线及第二电力线叠加可变电压的电力的期间内，执行交替接通/断开前述桥臂开关的开关控制，并在前述第一电力线与第二电力线之间的电压高于前述电压阈值的期间内或者向前述第一电力线及第二电力线叠加了可变电压的电力的期间内，将前述桥臂开关维持为接通或者断开中的任一者。
12.一种移动体，包括：
交流旋转电机，连结于驱动轮；
直流电源，输出直流电力；
U相可变电压电源，输出可变电压的电力；
V相可变电压电源，输出可变电压的电力；
W相可变电压电源，输出可变电压的电力；
第一U相电力线及第二U相电力线，将连接于前述交流旋转电机的U相的U相支路的两端与前述直流电源的两极进行连接；
第一V相电力线及第二V相电力线，将连接于前述交流旋转电机的V相的V相支路的两端与前述直流电源的两极进行连接；及，
第一W相电力线及第二W相电力线，将连接于前述交流旋转电机的W相的W相支路的两端与前述直流电源的两极进行连接；
所述移动体的特征在于，
前述U相可变电压电源的输出端子对连接于前述第一U相电力线，
前述V相可变电压电源的输出端子对连接于前述第一V相电力线，
前述W相可变电压电源的输出端子对连接于前述第一W相电力线。
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