JP2004357346A - 双方向コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】有極性コイルの磁気飽和領域を積極的に活用することにより、所定電流方向に対して電力エネルギーを蓄積し、逆電流方向に対して電力エネルギーの蓄積がないチョークコイルを備えた双方向コンバータを提供すること。
【解決手段】トランスＴ１の２次巻線と電力供給を受ける直流電圧源Ｅ１、Ｅ２との間には、有極性コイルＬ１、Ｌ２を備えてＬＣフィルタ１、２、１が備えられる。有極性コイルＬ１、Ｌ２の極性は電力供給方向に電流が流れる場合に、所定インダクタンス値を有して接続されチョークコイルとしての機能を奏することができる。逆方向電流では磁心が磁気飽和し、インダクタンス値が僅少となってもはやコイルとしては機能せず導線として結線される。コイルに蓄積される電力エネルギー量は小さく、エネルギー吸収用に追加コンデンサを備える必要はない。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧値の異なる直流電圧源間で、一方の電圧源から他方の電圧源への電力供給を、何れの方向に対しても行うことが可能な双方向コンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１等に開示されている従来技術における双方向コンバータを図５に示す。直流電圧源Ｅ１から直流電圧源Ｅ２への電力供給（供給Ａ）と、直流電圧源Ｅ２から直流電圧源Ｅ１への電力供給（供給Ｂ）とを可能とする構成である。
【０００３】
供給Ａに示す電力供給は直流電圧源の電圧値がＥ１＞Ｅ２の場合に行なわれる。フルブリッジ構成のトランジスタＳ１乃至Ｓ４をスイッチング制御すると共に、トランジスタＳ５、Ｓ６のボディダイオードを整流ダイオードとして使用することにより、トランスＴ１を介して電力エネルギーが直流電圧源Ｅ２に供給される。直流電圧源Ｅ２の前段にはトランジスタＳ１乃至Ｓ４のスイッチングに伴い供給される電力エネルギーの変動を平滑するためにＬＣフィルタ２００が備えられている。
【０００４】
供給Ｂに示す電力供給は直流電圧源の電圧値がＥ２＞Ｅ１の場合に行なわれる。ハーフブリッジ構成のトランジスタＳ５、Ｓ６をスイッチング制御すると共に、トランジスタＳ１乃至Ｓ４のボディダイオードを整流ダイオードとして使用することにより、トランスＴ１を介して電力エネルギーが直流電圧源Ｅ１に供給される。直流電圧源Ｅ１の前段にはトランジスタＳ５、Ｓ６のスイッチングに伴い供給される電力エネルギーの変動を平滑するためにＬＣフィルタ１００が備えられている。
【０００５】
ＬＣフィルタ１００、２００は、スイッチング制御に伴い供給される電力エネルギーをチョークコイルＬ１００、Ｌ２００に蓄積した上でコンデンサＣ１、Ｃ２を介して直流電圧源Ｅ１、Ｅ２に供給する効果を有している。チョークコイルＬ１００、Ｌ２００のＢ−Ｈ特性を図６に示す。コイル巻線に流れる電流Ｉにより誘起される磁界Ｈに応じて、磁束密度Ｂが発生することにより電力エネルギーが蓄積される。磁束密度Ｂの動作許容幅Δｂに対して最大電流Ｉｆｍを流すことができる。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されている線輪部品では、大きな電力エネルギーを蓄積するため、またコンパクトなサイズで効率よく電力エネルギーを蓄積するために、磁心に対して所定方向に流れる電流によって形成される磁界Ｈの方向とは逆方向に、永久磁石によって予めΔＨの磁界のバイアスがかけられている。所定方向に流れる電流によって磁気飽和が発生しない範囲内で磁束密度Ｂの動作許容幅を拡大することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３７２２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３６１２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている双方向コンバータでは、各々の電力供給方向Ａ、Ｂに対してＬＣフィルタ１００、２００が備えられており、チョークコイルＬ１００、Ｌ２００には各々の電力供給の際に流れる電流Ｉにより電力エネルギーが蓄積される。しかしながら、チョークコイルＬ１００、Ｌ２００におけるＢ−Ｈ特性には電流方向による依存性はないため、電力供給方向である最大電流Ｉｆｍに対して磁束密度Ｂの動作許容幅Δｂを有すると同様に、反対方向にも最大電流−Ｉｂｍに対して動作許容幅−Δｂを有している。すなわち、ＬＣフィルタとして使用されない電流方向に対しても電力エネルギーが蓄積されてしまい、このエネルギーを吸収するための追加コンデンサが必要となる。
【０００９】
具体的には、直流電圧源Ｅ１からＥ２に電力供給する際に、チョークコイルＬ１００に蓄積される電力エネルギーの吸収用として追加コンデンサＣ１００が必要となる。また、直流電圧源Ｅ２からＥ１に電力供給する際に、チョークコイルＬ２００に蓄積される電力エネルギーの吸収用として追加コンデンサＣ２００が必要となる。
【００１０】
双方向コンバータを構成する際、追加コンデンサＣ１００、Ｃ２００を新たに備える必要があり、実装面積の増大と共に、実装部品の追加や実装工程の追加に伴うコスト上昇を招来し問題である。
【００１１】
尚、特許文献２に開示されている線輪部品は、所定方向に流れる電流によって磁気飽和が発生しない範囲内で磁束密度Ｂの動作許容幅を拡大することにより、所定インダクタンス値を有する所定方向の許容電流を拡大する技術であり、逆方向の電流に対するＢ−Ｈ特性に関しては何ら開示されておらず、逆方向に電流を流すことに関しては何ら考慮されていない。
【００１２】
本発明は前記従来技術の課題を解消するためになされたものであり、Ｂ−Ｈ特性が電流方向間で大きく異なる有極性コイルをチョークコイルとして使用する際、有極性コイルの磁気飽和領域を積極的に活用することにより、所定方向の電流に対して電力エネルギーを蓄積すると共に、逆方向の電流に対して電力エネルギーの蓄積がなく追加コンデンサが不要な双方向コンバータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る双方向コンバータは、第１電圧源と第２電圧源との間で、相互に電力供給が可能であって、第１電圧源と第２電圧源とを接続する電流経路内の、第１電圧源の前段、または第２電圧源の前段のうち、少なくとも何れか一方に配置され、第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向に対して所定インダクタンス値を維持すると共に、第１および第２電圧源が電力供給する際の電流方向に対してインダクタンス値が僅少となる有極性コイルを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の双方向コンバータでは、有極性コイルは、有極性コイルが備えられている電圧源に対して電力供給される際の電流方向に対しては、所定インダクタンス値を維持してチョークコイルとして機能するところ、この電圧源が電力供給する際の電流方向に対しては、インダクタンス値が僅少となってインダクタ素子としての機能を有さない。
【００１５】
ここで、双方向コンバータにおいては、第２電圧源から第１電圧源への電力供給を行う際に電流経路をスイッチングする第１スイッチング部を備えており、第１電圧源から第２電圧源への電力供給を行う際に電流経路をスイッチングする第２スイッチング部とを備えている。有極性コイルは、第１スイッチング部と第１電圧源との間、または第２スイッチング部と第２電圧源との間のうち、少なくとも何れか一方に配置されて有効である。また、第１および第２スイッチング部からの出力電流を整流するために第１および第２整流部を備えており、有極性コイルは、第１整流部と第１電圧源との間、または第２整流部と第２電圧源との間のうち、少なくとも何れか一方に配置されることが好ましい。
【００１６】
また、請求項４に係る双方向コンバータは、請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータにおいて、有極性コイルから、電力供給される第１、第２電圧源に至る電流経路と基準電圧との間に、コンデンサを備え、第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向において、有極性コイルとコンデンサとにより、ＬＣフィルタを構成することを特徴とする。
【００１７】
請求項４の双方向コンバータでは、有極性コイルは、コンデンサと共にＬＣフィルタを構成する。第１、第２電圧源が電力供給される際には、有極性コイルに蓄積される電力エネルギーをコンデンサが吸収するＬＣフィルタとして機能するところ、第１、第２電圧源が電力供給する際には、インダクタンス値が僅少となって有極性コイルに蓄積される電力エネルギーは僅少となる。
【００１８】
これにより、有極性コイルは、チョークコイルまたはＬＣフィルタとして機能すべき電力供給方向に対しては所定インダクタンス値を有してチョークコイルとして機能すると共に、反対の電力供給方向に対してはインダクタ素子として機能しないため、電力エネルギーの不要な蓄積はない。双方向コンバータを構成する際、有極性コイルを、第１電圧源の前段、または第２電圧源の前段の少なくとも何れか一方に備えることにより、チョークコイルまたはＬＣフィルタとして機能する電力供給方向とは反対方向において、電力エネルギー吸収用のコンデンサ等の回路素子を追加する必要はなく、双方向コンバータの回路構成において冗長な回路構成となることはない。双方向コンバータの実装面積の増大、実装部品の追加や実装工程の追加に伴うコスト上昇を招来することはなく好都合である。
【００１９】
ここで、第１電圧源と第２電圧源とは、異なる電圧値であっても同じ電圧値であってもよい。何れの場合にも双方向コンバータを介して相互に電力供給は可能である。
また、第１、第２電圧源への電力供給方向に備えられる、チョークコイルまたはＬＣフィルタとして機能するコイルの双方に対して有極性コイルとする必要はない。供給すべき電力量や電圧源の容量によって、は何れか一方のみを有極性コイルとしてもよい。
【００２０】
また、請求項５に係る双方向コンバータは、請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータにおいて、有極性コイルは、第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向において、少なくとも電力供給における定格電流の範囲で、磁心のＢ−Ｈ特性内で動作し所定インダクタンス値を維持することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に係る双方向コンバータは、請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータにおいて、有極性コイルは、第１、第２電圧源が電力供給する際の電流方向において、少なくとも電力供給における定格電流の範囲で、磁心が磁気飽和してインダクタンス値が僅少となることを特徴とする。
【００２２】
これにより、電力供給される際の電流方向においては、定格電流の範囲を含んで磁心のＢ−Ｈ特性が設定されるので、電力供給において所定インダクタンス値が維持される。また、電力供給する際の電流方向においては、定格電流の範囲を含んで磁心が磁気飽和する設定とされるので、電力供給においてインダクタンス値が僅少となる。
【００２３】
ここで、有極性コイルは、第１電圧源と第２電圧源とを接続する電流経路内の、第１電圧源の前段および第２電圧源の前段、の各々に配置されることが好ましい。これにより、何れの電力供給方向に対しても有極性コイルは、電力供給される電流方向において所定インダクタンス値に維持され、電力供給する電流方向においてインダクタンス値を僅少とすることができる。
【００２４】
本発明では、所定方向に流れる電流によって磁気飽和が発生しない磁束密度Ｂの動作許容幅を拡大して、所定インダクタンス値を有する所定方向の許容電流を拡大することを意図した特許文献２の技術において、磁束密度Ｂの動作許容幅が圧縮された逆方向特性に着目し、特許文献２においては何ら示唆されていない、逆方向の電流方向における磁気飽和特性を積極的に活用するという着想を得た。回路特性上、通常では使用されることのないＢ−Ｈ特性における磁気飽和領域を積極的に活用することにより、磁気飽和領域においてはインダクタンス値が僅少となってしまいコイルとしては使用できないという特性限界を逆に有効活用するという新たな発想である。これにより、所定電流方向において所定のインダクタンス値を維持し反対の電流方向ではインダクタンス値が僅少となる有極性コイルを得て双方向コンバータを、追加部品を必要とせずに実現することを可能とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の双方向コンバータについて具体化した実施形態を図１乃至図４に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態を示す双方向コンバータの回路図である。直流電圧源Ｅ１から直流電圧源Ｅ２に電力供給を行う供給ＡとしてトランジスタＳ１乃至Ｓ４によりフルブリッジ構成のスイッチング回路が構成されている。トランジスタＳ１およびＳ４、またはトランジスタＳ２およびＳ３を対として、図示しない制御部により交互に導通制御が行われることにより、トランスＴ１の１次巻線に印加される電圧を交互に切り替えて電力が供給される。トランスＴ１の２次巻線は、巻線中央部にタップが設けられており、中央タップと各々の巻線端部とが、トランジスタＳ５、Ｓ６を介して直流電圧源Ｅ２に接続されている。この場合、トランジスタＳ５、Ｓ６は、例えばＭＯＳトランジスタであり、ボディダイオードを有している。１次巻線への印加電圧の方向に応じてボディダイオードにより整流された上で直流電圧源Ｅ２に電力供給が行われる。
【００２７】
直流電圧源Ｅ２から直流電圧源Ｅ１に電力供給を行う供給ＢとしてトランジスタＳ５、Ｓ６によりハーフブリッジ構成のスイッチング回路が構成されている。トランジスタＳ５、Ｓ６は、図示しない制御部により交互に導通制御が行われることにより、中央タップを有するトランスＴ１の１次巻線に印加される電圧を交互に切り替えて電力が供給される。トランスＴ１の２次巻線にはトランジスタＳ１乃至Ｓ４が接続されているが、これらのトランジスタは、例えばＭＯＳトランジスタであり、ボディダイオードを有している。１次巻線への印加電圧の方向に応じてボディダイオードにより整流された上で直流電圧源Ｅ１に電力供給が行われる。
【００２８】
ここで、トランスＴ１の２次巻線と、電力供給を受ける直流電圧源Ｅ２、Ｅ１との間には、供給される電力エネルギーの蓄積と出力電圧の平滑のためにＬＣフィルタ２、１が備えられることが一般的である。
【００２９】
図１に示す実施形態の双方向コンバータでは、従来技術の双方向コンバータ（図５）におけるＬＣフィルタ１００、２００に代えて、ＬＣフィルタ１、２が備えられる。更に、従来技術において備えられている追加コンデンサＣ１００、Ｃ２００は不要である。
【００３０】
ＬＣフィルタ１、２は、ＬＣフィルタ１００、２００におけるチョークコイルＬ１００、Ｌ２００に代えて、有極性コイルＬ１、Ｌ２を備える構成である。有極性コイルＬ１、Ｌ２の極性は、ＬＣフィルタ１、２によるフィルタ効果を奏すべき電力供給方向に電流が流れる場合に所定インダクタンス値を有するように接続されている。
【００３１】
具体的には、ＬＣフィルタ１は、直流電圧源Ｅ２から直流電圧源Ｅ１に向けて電力供給される際にフィルタ効果を奏するべき回路である。従って、トランスＴ１から直流電圧源Ｅ１に向けて電流が流れる場合に所定インダクタンス値を有して有極性コイルＬ１が接続される。また、ＬＣフィルタ２は、直流電圧源Ｅ１から直流電圧源Ｅ２に向けて電力供給される際にフィルタ効果を奏するべき回路である。従って、トランスＴ１から直流電圧源Ｅ２に向けて電流が流れる場合に所定インダクタンス値を有して有極性コイルＬ２が接続される。
【００３２】
図１に示す有極性コイル１、２における黒点表示は、この黒点のある端部から電流が流入する場合に所定インダクタンス値を有することを示す。以下の説明では、黒点表示のある端部から流入する電流を順方向電流（ＩＦ）、黒点表示のない端部から流入する電流を逆方向電流（ＩＢ）とする。
【００３３】
ここで、図２により有極性コイルにおける電流方向に応じた、Ｂ−Ｈ特性およびインダクタンス特性を説明する。
【００３４】
有極性コイルの磁心におけるＢ−Ｈ特性において、ポイントＰ０は電流通電のない状態でのＢ−Ｈ特性である。磁心内に永久磁石を備えることにより、コイル巻線への通電がない場合でも残留磁界ΔＨが形成される。このため、有極性コイルにおけるＢ−Ｈ特性は、巻線への電流がない場合でも磁界Ｈがゼロの位置ではなく、残留磁界ΔＨの磁界バイアスが印加されたポイントＰ０の位置にある。図２ではポイントＰ０はＢ−Ｈ特性の第３象限にある。
【００３５】
正方向に磁界Ｈを形成する巻線電流の方向に対しては、磁束密度Ｂの動作許容幅がΔＢＦとして拡大される。この巻線方向に流れる電流が順方向電流（ＩＦ）である。動作許容幅ΔＢＦに対して最大順方向電流ＩＦｍまで許容される。動作許容幅ΔＢＦ内での通電動作すなわち最大順方向電流ＩＦｍ内での順方向電流（ＩＦ）であれば磁心が磁気飽和することはない。有極性コイルは、所定のインダクタンス値が維持されてチョークコイルとしての機能を奏することができる。
【００３６】
これに対して、負方向の磁界Ｈに対しては、磁気飽和するまでの磁束密度Ｂの動作許容幅はΔＢＢと小さい許容幅を有するのみである。従って、小さな逆方向電流（ＩＢ）で磁心が磁気飽和することとなり、以後、最大逆方向電流−ＩＢｍに至るまでの電流領域においては磁心は磁気飽和した状態を維持する。最大逆方向電流−ＩＢｍ内での逆方向電流（ＩＢ）のうち小電流領域を除いた電流領域で磁心が磁気飽和する。有極性コイルは、インダクタンス値が僅少となってもはやコイルとしては機能せず導線として結線されているに過ぎない。
【００３７】
尚、逆方向電流（ＩＢ）のうち小電流領域では、所定のインダクタンス値を有することとなるが、流れる電流値が小さいためコイルに蓄積される電力エネルギーも小さなものに留まる。従って、特にエネルギー吸収用の追加コンデンサを備える必要はない。また、仮に備える必要がある場合においても小さな容量値で十分に電力エネルギーの吸収を行うことができ、追加コンデンサによる実装面積の追加は問題にならない。
【００３８】
逆方向電流（ＩＢ）において、Ｂ−Ｈ特性に有限の動作許容幅ΔＢＢを有し所定のインダクタンス値を有していても、動作許容幅ΔＢＢ内の電流領域は小電流領域でありこの範囲で蓄積される電力エネルギーは僅少であるため、大容量の追加コンデンサを備える必要はない。残留磁界ΔＨを更に大きくし、ポイントＰ０を負の磁界方向に更にシフトしてやれば、インダクタンス値を有する逆方向電流（ＩＢ）の電流領域を更に小電流領域に限定することができる。ポイントＰ０を負の磁界方向での磁気飽和点に一致させれば、逆方向電流（ＩＢ）においてインダクタンス値を有しない特性とすることができる。
【００３９】
図３は、図１の双方向コンバータにおける電力供給動作のうち、供給Ａについての動作を説明する動作波形である。
【００４０】
トランジスタＳ１およびＳ４と、トランジスタＳ２およびＳ３とは、交互に導通制御される。ゲート電圧ＶＳ２およびＶＳ３がローレベルに維持されトランジスタＳ２およびＳ３が非導通に維持されながら、ゲート電圧ＶＳ１およびＶＳ４がハイレベルとなりトランジスタＳ１およびＳ４が導通すると、チョークコイルＬ１を介してトランスＴ１の１次巻線に直流電圧源Ｅ１が印加される。チョークコイルＬ１には逆方向電流が流れるためインダクタンス値は僅少となり、１次巻線のインダクタンス値に応じた傾きで１次電流Ｉｔ（＝ＩＬ１）が増加することとなる。この間、トランスＴ１の２次巻線に誘起される起電力により、トランジスタＳ５のボディダイオードを介して直流電圧源Ｅ２に電流供給が行われる。
【００４１】
次に、ゲート電圧ＶＳ１およびＶＳ４がローレベルとなり、トランジスタＳ１およびＳ４が非導通となる。トランジスタＳ２およびＳ３は非導通に維持されているので全てのトランジスタＳ１乃至Ｓ４が非導通となって、１次電流Ｉｔの電流経路は遮断される。トランスＴ１の１次巻線に蓄積されているエネルギーは図示しないリセット回路により回生される。
【００４２】
ここで、チョークコイルＬ１のインダクタンス値は僅少であるため、電流ＩＬ１によるエネルギーの蓄積はない。従って、トランジスタＳ１およびＳ４の非導通と同時に電流ＩＬ１は遮断される。
【００４３】
図３には、参考までに従来技術（図５）においてチョークコイルＬ１００に流れる電流ＩＬ１００を示している。インダクタンス値に電流方向依存性を有しない通常のチョークコイルＬ１００を使用しているため、電流ＩＬ１に対してもエネルギーの蓄積がされる。従って、トランジスタＳ１およびＳ４の非導通に応じて追加コンデンサＣ１００との間で共振現象を生ずる。
【００４４】
次サイクルでは、ゲート電圧ＶＳ１およびＶＳ４がローレベルに維持されトランジスタＳ１およびＳ４が非導通に維持されながら、ゲート電圧ＶＳ２およびＶＳ３がハイレベルとなりトランジスタＳ２およびＳ３が導通する。トランスＴ１の１次巻線への直流電圧源Ｅ１の印加方向が反転する以外は前サイクルと同様である。ここで、チョークコイルＬ１に流れる電流は前サイクルと同方向に増加する。トランジスタＳ１乃至Ｓ４の前段に配置されているためである。前サイクルと同様にチョークコイルＬ１には逆方向電流が流れインダクタンス値は僅少であるため１次巻線のインダクタンス値に応じた傾きで１次電流Ｉｔ（＝ＩＬ１）が増加していく。この間、トランスＴ１の２次巻線に誘起される起電力により、トランジスタＳ６のボディダイオードを介して直流電圧源Ｅ２に電流供給が行われる。
【００４５】
次に、ゲート電圧ＶＳ２およびＶＳ３がローレベルとなり、トランジスタＳ２およびＳ３が非導通となる。前サイクルと同様に全てのトランジスタＳ１乃至Ｓ４が非導通となって１次電流Ｉｔ（＝ＩＬ１）の電流経路は遮断される。
【００４６】
前サイクルと同様に、チョークコイルＬ１のインダクタンス値は僅少であるため、電流ＩＬ１によるエネルギーの蓄積はなく、トランジスタＳ２およびＳ３の非導通と同時に電流ＩＬ１は遮断される。これに対して従来技術（図５）における電流ＩＬ１００では、トランジスタＳ２およびＳ３の非導通に応じて追加コンデンサＣ１００との間で共振現象を生ずる。
【００４７】
尚、供給Ｂの動作波形は図示されていないが、ゲート電圧ＶＳ１およびＶＳ４、ゲート電圧ＶＳ２およびＶＳ３に代えてゲート電圧ＶＳ５、ＶＳ６とし、トランジスタＳ５、Ｓ６を交互に導通制御してやれば同様の動作を奏することは言うまでもない。
【００４８】
この場合、トランジスタＳ５の導通期間には、トランジスタＳ１およびＳ４のボディダイオードを介して直流電圧源Ｅ１に電流供給が行われ、トランジスタＳ６の導通期間には、トランジスタＳ２およびＳ３のボディダイオードを介して直流電圧源Ｅ１に電流供給が行われる。
【００４９】
この場合、チョークコイルＬ２に流れる電流は逆方向電流でありチョークコイルＬ２のインダクタンス値は僅少である。電流ＩＬ１と同様にトランジスタＳ５、Ｓ６の非導通と同時に電流は遮断される。
【００５０】
本発明を適用できる双方向コンバータは、図１に示す回路構成に留まるものではなく、各電力供給方向にそれぞれチョークコイルまたはＬＣフィルタを備える構成であれば、コンバータの回路構成によらず適用可能であることは言うまでもない。
【００５１】
例えば、図４に示す双方向コンバータは、特開２００１−１２８３６９号公報に開示されている回路例である。高圧用電圧源Ｅ１１から低圧用電圧源Ｅ１２への降圧コンバータは、トランジスタＳ１１のスイッチング制御に応じて供給される電力がインダクタＬ１１に蓄積される。トランジスタＳ１１の非導通時にはトランジスタＳ１２のボディダイオードを介して電流が供給されることにより電圧源Ｅ１２に電力供給が行われる。
【００５２】
低圧用電圧源Ｅ１２から高圧用電圧源Ｅ１２への昇圧コンバータは、トランジスタＳ１２のスイッチング制御に応じてインダクタＬ１１にエネルギーが蓄積される。トランジスタＳ１２の非導通時にはトランジスタＳ１１のボディダイオードを介して電圧源Ｅ１１への電力供給が行われる。
【００５３】
各々の電圧源Ｅ１１、Ｅ１２へは、ＬＣフィルタ１Ａ、２Ａが備えられる場合がある。この場合、ＬＣフィルタ１Ａ、２Ａを構成するチョークコイルを有極性コイルで構成してやれば、逆方向電流に対してチョークコイルへのエネルギー蓄積はなく追加コンデンサを備える必要はない。
【００５４】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態においては、直流電圧源Ｅ１、Ｅ２は互いに異なる電圧値を有する電圧源であることを前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、直流電圧源Ｅ１、Ｅ２が同じ電圧値である場合も双方向コンバータを介して相互に電力供給する構成は可能である。その際、ＬＣフィルタに使用されるコイルを有極性コイルとすることにより得られる作用・効果は実施形態の場合と同様である。
また、本実施形態では、電力供給の各々の方向に備えられるＬＣフィルタ１および２、１Ａおよび２Ａに使用されるコイルは、何れも有極性コイルＬ１、Ｌ２であるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、供給すべき電力量や電圧源の容量等によっては、何れか一方向に対してのみ有極性コイルを使用することも考えられる。
また、本実施形態では、ＬＣフィルタ１、１Ａ、２、２Ａに備えられるコイルを有極性コイルＬ１、Ｌ２とすることにより、従来技術において必要とされていた追加コンデンサＣ１００、Ｃ２００を不要とすることができることを説明した。しかしながら、追加コンデンサＣ１００、Ｃ２００に代えて同位置に新たにコンデンサを配置することが好ましい場合も考えられる。有極性コイルの逆方向特性において有限のインダクタンスが残存する場合もあり（図２、参照）、逆方向電流に対する電力エネルギーの吸収用としてコンデンサが必要となることも考えられ、またノイズ防止等の要請からコンデンサを必要とする場合等も考えられるからである。但し、これらの場合にも本発明の有極性コイルを使用してやれば、新たに配置されるコンデンサは、従来技術における追加コンデンサＣ１００、Ｃ２００に比して必要な容量値は小さなものとなり、体格も小さなものとすることができる。本発明の適用により、従来技術において必要とされていた追加コンデンサによる実装面積を低減することができる。
また、有極性コイルをＬＣフィルタの構成素子として使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、チョークコイル単独で使用する場合、またはその他の回路素子との組合せにおいて使用する場合に適用できることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術においては何ら示唆されておらず通常では使用されることのないＢ−Ｈ特性における磁気飽和領域を積極的に活用することにより、磁気飽和領域においてはインダクタンス値が僅少となってしまいコイルとしては使用できないという特性限界を逆に有効活用するという新たな発想を得て、所定電流方向において所定のインダクタンス値を維持すると共に反対の電流方向ではインダクタンス値が僅少となりコイルとしては機能しない有極性コイルをチョークコイルまたはＬＣフィルタとして双方向コンバータに備えることにより、追加部品を必要とせず、実装面積や実装コストが圧縮された双方向コンバータを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における双方向コンバータの回路図である。
【図２】実施形態に使用する有極性コイルの特性を示す図である。
【図３】実施形態の双方向コンバータの動作波形図である。
【図４】他の双方向コンバータの回路図である。
【図５】従来技術の双方向コンバータの回路図である。
【図６】従来技術に使用するチョークコイルの特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２、１００、２００ ＬＣフィルタ
Ｃ１００、Ｃ２００ 追加コンデンサ
Ｅ１、Ｅ１１、Ｅ２、Ｅ１２ 直流電圧源
Ｌ１、Ｌ２ 有極性コイル
Ｌ１００、Ｌ２００ チョークコイル
Ｓ１乃至Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ トランジスタ
Ｔ１ トランス

Claims (7)

1. 第１電圧源と第２電圧源との間で、相互に電力供給が可能な双方向コンバータであって、
   前記第１電圧源と前記第２電圧源とを接続する電流経路内の、前記第１電圧源の前段、または前記第２電圧源の前段のうち、少なくとも何れか一方に配置され、前記第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向に対して所定インダクタンス値を維持すると共に、前記第１、第２電圧源が電力供給する際の電流方向に対してインダクタンス値が僅少となる有極性コイルを備えることを特徴とする双方向コンバータ。
2. 前記第２電圧源から前記第１電圧源への電力供給を行う際に前記電流経路をスイッチングする第１スイッチング部と、
   前記第１電圧源から前記第２電圧源への電力供給を行う際に前記電流経路をスイッチングする第２スイッチング部とを備え、
   前記有極性コイルは、前記第１スイッチング部と前記第１電圧源との間、または前記第２スイッチング部と前記第２電圧源との間のうち、少なくとも何れか一方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の双方向コンバータ。
3. 前記第１および第２スイッチング部からの出力電流を整流する、第１および第２整流部を備え、
   前記有極性コイルは、前記第１整流部と前記第１電圧源との間、または前記第２整流部と前記第２電圧源との間のうち、少なくとも何れか一方に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の双方向コンバータ。
4. 前記有極性コイルから、電力供給される前記第１、第２電圧源に至る電流経路と基準電圧との間に、コンデンサを備え、
   前記第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向において、前記有極性コイルと前記コンデンサとにより、ＬＣフィルタを構成することを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータ。
5. 前記有極性コイルは、前記第１、第２電圧源が電力供給される際の電流方向において、少なくとも電力供給における定格電流の範囲で、磁心のＢ−Ｈ特性内で動作し所定インダクタンス値を維持することを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータ。
6. 前記有極性コイルは、前記第１、第２電圧源が電力供給する際の電流方向において、少なくとも電力供給における定格電流の範囲で、磁心が磁気飽和してインダクタンス値が僅少となることを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータ。
7. 前記有極性コイルは、前記第１電圧源と前記第２電圧源とを接続する電流経路内の、前記第１電圧源の前段および前記第２電圧源の前段、の各々に配置されることを特徴とする請求項１乃至６の少なくとも何れか１項に記載の双方向コンバータ。

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