JP2008312394A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧用コイル及びトランスという巻線部品を２つ必要とする電圧変換装置において、昇圧用コイルをトランスの巻線として同時に使用せず、小型化及びコスト低減を図る。
【解決手段】電源バッテリ１２と双方向インバータ１６とがトランス１３を介して接続され、電源バッテリ１２とトランスとの間にブリッジ回路１４が接続されている。トランス１３の第１巻線１３ａ、ブリッジ回路１４及びコンデンサ１５が昇圧回路１８を構成する。トランス１３の第２巻線１３ｂにＨブリッジ回路２０が接続され、Ｈブリッジ回路２１にフィルタ２４を介して系統電源用接続部が接続されている。制御装置３１は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１２を、電源バッテリ１２を昇圧する際は、系統電源用接続部へ電力が供給されないように制御し、系統電源で電源バッテリ１２を充電する際は、昇圧回路１８が機能しないように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧変換装置に係り、詳しくは電源バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、電源バッテリを系統電源で充電可能な充電回路とを備えた電圧変換装置に関する。

エンジン（内燃機関）で走行する自動車として、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジンで駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。しかし、近年、さらなる環境負荷低減のために、家庭用電源（系統電源）でバッテリを充電可能な所謂プラグイン・ハイブリッド車が考えられている。例えば、深夜電力でバッテリを充電してモータによる電気自動車モードで走行できる距離を長くした場合、ガソリン等に対して電気を用いる比率が高まるため、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、系統電源は個々に発電するより発電コストが低く、料金の安い深夜電力を利用して充電すれば、燃料代も低減可能となる。

そして、プラグイン・ハイブリッド車用の電圧変換装置として、図５に示すように、高圧バッテリ５１と、高圧バッテリ５１から供給される直流電圧を所定の電圧まで昇圧するための昇圧回路５２と、充電回路５３とを備えたものが考えられている。昇圧回路５２はリアクトル５４、スイッチング素子５５，５６及びコンデンサ５７を備えている。充電回路５３はトランス５８を備え、高圧バッテリ５１に接続される出力側と、系統電源に接続される入力側とが絶縁されている。そして、高圧バッテリ５１はＨブリッジ回路５９を介してトランス５８の第１巻線５８ａに接続されている。トランス５８の第２巻線５８ｂはＨブリッジ回路６０に接続され、Ｈブリッジ回路６０はＨブリッジ回路６１に接続され、Ｈブリッジ回路６１はフィルタ６２を介してプラグ６３に接続されている。

また、従来、直流電源からの電圧を電圧変換して低電圧系負荷に供給する低電圧用コンバータと、前記直流電源からの電圧を電圧変換して高電圧系負荷に供給する高電圧用コンバータとを備える電圧変換装置において、回路構成の簡略化を図った装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この電圧変換装置は、高電圧用コンバータは昇圧用のリアクトルを含み、低電圧用コンバータは前記リアクトルを一次側コイルとして電圧変換するトランスを備え、リアクトルを昇圧と降圧の両方に共用することで回路の簡略化が図られている。
特開２００３−１１６２７６号公報

ところが、前記プラグイン・ハイブリッド車用の電圧変換装置では、昇圧回路５２及び充電回路５３がそれぞれ別回路、別部品として車に搭載される構成のため、昇圧回路５２用のリアクトル５４と、充電回路５３用のトランス５８に大型の部品となるコイル（巻線）がそれぞれ必要になり、装置が大型化するとともに製造コストも高くなる。

また、特許文献１の電圧変換装置には昇圧コイル（リアクトル）をトランスの一方の巻線（リアクトル）として機能させることにより回路の簡略化が図られている。しかし、昇圧コイルは、昇圧コイルの機能と、トランスの巻線の機能とを同時に発揮するように動作させる必要があり、トランスにおける巻線の設計に際して制約が多くなる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は昇圧用コイル及びトランスという巻線部品を２つ必要とする電圧変換装置において、昇圧用コイルをトランスの巻線として同時に使用せず、小型化及びコスト低減を図ることができる電圧変換装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、電源バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記電源バッテリを系統電源で充電可能な充電回路とを備えた電圧変換装置であって、前記電源バッテリと前記系統電源とを電気的絶縁状態で接続するトランスと、前記電源バッテリと前記トランスとの間に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる第１のブリッジ回路とを備える。また、前記第１のブリッジ回路に接続される前記トランスの第１巻線を昇圧用コイルとして使用する昇圧回路と、前記トランスの第２巻線に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる少なくとも１つの第２のブリッジ回路と、前記第２のブリッジ回路に接続された系統電源用接続部とを備える。また、前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を、前記昇圧回路で前記電源バッテリの直流電圧を昇圧する際は、前記系統電源用接続部へ電力が供給されないように制御し、前記系統電源用接続部を系統電源に接続して前記電源バッテリを充電する際は、前記昇圧回路が機能しないように制御する制御装置を備える。

この発明では、電源バッテリと系統電源とを絶縁状態で接続するトランスの第１巻線が昇圧回路の昇圧用コイル（リアクトル）として使用されるため、昇圧用コイル及びトランスという巻線部品を２つ必要とする電圧変換装置において小型化及びコスト低減を図ることができる。また、昇圧回路の動作時にはトランスは機能する必要が無く、トランスが機能するときには昇圧回路は機能する必要がないため、昇圧用コイルをトランスの巻線として同時に使用する構成に比較して、巻線の設計の制約が少なくなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２のブリッジ回路としてＨブリッジ回路が２つ設けられている。この発明では、充電の際に、系統電源から充電回路に供給される正弦波の交流電圧を、電源バッテリの定格充電電圧の交流がトランスの電源バッテリ側で得られるように変換することが容易になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記系統電源用接続部は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグと、家電製品のプラグを接続可能なアダプタを備えており、前記制御装置は前記第１のブリッジ回路のスイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路のスイッチング素子を、前記アダプタから家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力するように制御可能に構成されている。この発明では、電源バッテリを深夜電力で充電し、その電力で昼に家電製品を駆動することにより、電力費用を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電圧変換装置は車載用の電圧変換装置である。この発明では、車両がエンジンとモータで駆動されるハイブリッド車に適用した場合、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、電源バッテリを深夜電力で充電することにより、ハイブリッド車や電気自動車の燃費を低減することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記第１巻線は中間タップを備えるとともに、前記第１巻線はその第１端部及び第２端部の一方が前記第１のブリッジ回路に接続され、前記第１端部及び第２端部の他方と、前記中間タップとが前記第１のブリッジ回路にスイッチを介して選択的に接続可能に構成されている。この発明では、第１巻線を昇圧回路の昇圧用コイルとして使用する際と、トランスの第１巻線として使用する際でスイッチの接続状態を切り換えることにより、目的のインダクタンスに近い状態で使用することが容易になる。

本発明によれば、昇圧用コイル及びトランスという巻線部品を２つ必要とする電圧変換装置において、昇圧用コイルをトランスの巻線として同時に使用せず、小型化及びコスト低減を図ることができる。

以下、本発明をプラグイン・ハイブリッド車用の電圧変換装置に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、電圧変換装置１１は、直流電源としての電源バッテリ１２に接続されて使用される。電圧変換装置１１は、トランス１３と、トランス１３と電源バッテリ１２との間に接続されるブリッジ回路１４と、ブリッジ回路１４に接続されたコンデンサ１５と、充電回路としての双方向インバータ１６と、系統電源接続部１７とを備えている。電源バッテリ１２は、出力電圧が、車両の走行モータを駆動する電圧（例えば、５００Ｖ）より低く、車両の補機を駆動する電圧（例えば、１２Ｖあるいは４２Ｖ）より高い電圧のもの、例えば、２００Ｖのものが使用されている。

第１のブリッジ回路としてのブリッジ回路１４は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４からなり、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。スイッチング素子Ｓ１は、コレクタが電源バッテリ１２のプラス端子に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｓ２のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ２のエミッタは電源バッテリ１２のマイナス端子に接続され、スイッチング素子Ｓ１のエミッタとスイッチング素子Ｓ２のコレクタとの中点がトランス１３の第１巻線１３ａの第１端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ３は、コレクタがコンデンサ１５の第１端部に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｓ４のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ４のエミッタは電源バッテリ１２のマイナス端子とコンデンサ１５の第２端部とに接続され、スイッチング素子Ｓ３のエミッタとスイッチング素子Ｓ４のコレクタとの中点がトランス１３の第１巻線１３ａの第２端部に接続されている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で接続されている。

ブリッジ回路１４と、トランス１３の第１巻線１３ａ及びコンデンサ１５により、電源バッテリ１２の直流電圧（例えば、２００Ｖ）をモータジェネレータＭＧの駆動電圧（例えば、５００Ｖ）に昇圧する昇圧回路１８が構成されている。昇圧回路１８の出力端子はインバータ１９を介してモータジェネレータＭＧに接続されている。モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する３相交流モータとしての機能と、エンジンによって駆動される発電機としての機能とを持つ。

インバータ１９は、昇圧回路１８から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧに供給する。また、インバータ１９は、モータジェネレータＭＧの回生制動に伴いモータジェネレータＭＧにおいて発生した交流電圧、あるいはモータジェネレータＭＧがエンジンによって駆動されて発電機として機能した際に発生した交流電圧を、昇圧回路１８を介して電源バッテリ１２に印加（供給）する。このとき昇圧回路１８は降圧回路として動作（機能）する。

双方向インバータ１６は、ブリッジ回路１４と、トランス１３と、第２のブリッジ回路としての２つのＨブリッジ回路２０，２１と、２つのコイル２２ａ，２２ｂ及びコンデンサ２３からなるフィルタ２４とで構成されている。Ｈブリッジ回路２０は４つのスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８からなり、Ｈブリッジ回路２１は４つのスイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２からなる。各スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１は、コレクタ同士が接続されており、各スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２はエミッタ同士が接続されている。また、各スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１のエミッタと、各スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２のコレクタとがそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｓ５のエミッタとスイッチング素子Ｓ６のコレクタの中点はトランス１３の第２巻線１３ｂの第１端部に接続され、スイッチング素子Ｓ７のエミッタとスイッチング素子Ｓ８のコレクタの中点はトランス１３の第２巻線１３ｂの第２端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ９のエミッタとスイッチング素子Ｓ１０のコレクタの中点はコイル２２ａの第１端部に接続され、コイル２２ａの第２端部はコンデンサ２３の第１端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ１１のエミッタとスイッチング素子Ｓ１２のコレクタの中点はコイル２２ｂの第１端部に接続され、コイル２２ｂの第２端部はコンデンサ２３の第２端部に接続されている。各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ５〜Ｄ１２が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で接続されている。

系統電源接続部１７は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ２５及び家電製品のプラグを接続可能なアダプタとしてのコンセント２６を備えている。プラグ２５及びコンセント２６は、配線２７，２８を介して双方向インバータ１６のコンデンサ２３に接続されている。配線２７，２８の途中にはスイッチ２９，３０が設けられている。スイッチ２９，３０はそれぞれリレーのｃ接点で構成されており、リレーのオン状態でスイッチ２９，３０はプラグ２５をフィルタ２４と通電可能な状態に保持され、リレーのオフ状態でコンセント２６をフィルタ２４と通電可能な状態に保持されるように構成されている。

制御装置３１は、昇圧回路１８を構成するブリッジ回路１４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、双方向インバータ１６を構成するＨブリッジ回路２０のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８及びＨブリッジ回路２１のスイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２のゲートに制御信号を出力する。制御装置３１は、スイッチ２９，３０の接続状態を制御する制御信号を出力する。

制御装置３１は、図示しない主制御装置、モータジェネレータＭＧの回転速度を検出するＭＧ回転速度センサ、ブレーキセンサ等と接続されている。そして、制御装置３１は、主制御装置から車両の運転状態に関する情報を入手するとともに、その情報及びＭＧ回転速度センサの出力信号に基づいてモータジェネレータＭＧをモータとして駆動制御する。制御装置３１は、主制御装置からの情報、ブレーキセンサ及びＭＧ回転速度センサの検出信号に基づき、モータジェネレータＭＧを発電機として制御する。このとき、昇圧回路１８は降圧回路として機能する。

制御装置３１は、モータジェネレータＭＧの駆動停止状態において、双方向インバータ１６が系統電源を電源バッテリ１２に充電する充電回路（充電器）として機能するように制御したり、電源バッテリ１２の直流電圧を家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧に変換するインバータとして機能するように制御したりする。

次に前記のように構成された電圧変換装置１１の作用を説明する。
モータジェネレータＭＧがモータとして駆動される力行モード時は、制御装置３１からの指令信号に基づいてブリッジ回路１４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御される。そして、昇圧回路１８は、電源バッテリ１２の出力電圧２００ＶをモータジェネレータＭＧの駆動電圧５００Ｖに昇圧する昇圧回路として機能する。先ず、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ４がオンすることにより、図２（ａ）に２点鎖線で示すように、スイッチング素子Ｓ１、第１巻線１３ａ及びスイッチング素子Ｓ４を通るように電流が流れて第１巻線１３ａにエネルギーが蓄えられる。また、ダイオードＤ３を介してコンデンサ１５が充電されるとともに、インバータ１９にも電流が供給される。次に、スイッチング素子Ｓ１がオン状態のままスイッチング素子Ｓ４がオフになると、図２（ａ）に実線で示すように、第１巻線１３ａに蓄えられていたエネルギーが加えられた状態でスイッチング素子Ｓ１、第１巻線１３ａ、ダイオードＤ３を通るように電流が流れてインバータ１９へ供給される。即ち、スイッチング素子Ｓ１がオンに保持された状態において、スイッチング素子Ｓ４のオン、オフ制御に伴い、スイッチング素子Ｓ４がオンからオフにスイッチングされたときに昇圧された電力がインバータ１９に供給される。このとき、トランス１３はトランスとして駆動されず、第１巻線１３ａが昇圧回路１８の昇圧用コイルとして使用される。

インバータ１９は、制御装置３１からの制御信号によって制御され、昇圧回路１８から供給される昇圧された直流電圧を、モータジェネレータＭＧを目的の速度で駆動する周波数の交流に変換して出力する。そして、モータジェネレータＭＧがモータとして駆動され、主制御装置からの指令に対応した目的の車速で車両が走行する。

モータジェネレータＭＧが発電機として駆動される発電モード時あるいは回生モード時には、制御装置３１からの指令信号に基づいてインバータ１９は、モータジェネレータＭＧから出力される交流電圧を直流電圧に変換するように制御され、直流電圧がインバータ１９から昇圧回路１８に出力される。また、ブリッジ回路１４のスイッチング素子Ｓ３がオン、スイッチング素子Ｓ４がオフの状態では、図２（ｂ）に実線で示すように、電流はスイッチング素子Ｓ３、第１巻線１３ａ、ダイオードＤ１を通るように流れ、電源バッテリ１２が充電される。

系統電源を電源として電源バッテリ１２を充電する場合は、プラグ２５を系統電源のコンセント（例えば、家庭の１００Ｖのコンセント）に接続する。そして、スイッチ２９，３０が、プラグ２５をフィルタ２４と通電可能な状態に保持されて、系統電源からプラグ２５及びフィルタ２４を介してＨブリッジ回路２１に交流電圧が供給される。Ｈブリッジ回路２１の各スイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２は、制御装置３１からの制御信号により、供給された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＨブリッジ回路２０に供給される。Ｈブリッジ回路２０の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、トランス１３の第１巻線１３ａから所定の充電電圧（電源バッテリ１２の定格充電電圧）の交流が得られるように、制御装置３１からの制御信号によってスイッチング制御され、制御されたデューティ比の交流電圧がトランス１３の第２巻線１３ｂに供給される。

また、ブリッジ回路１４の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、Ｈブリッジ回路２０のスイッチング動作に同期してスイッチング制御されることにより、第１巻線１３ａに誘起された交流電圧を直流電圧に変換して電源バッテリ１２に充電する。具体的には、第１巻線１３ａに図３における下側から上側に向かうように流れる電流が誘起されるときは、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４はオフ状態に制御され、図３に実線で示すように、ダイオードＤ４→第１巻線１３ａ→ダイオードＤ１となるように電流が流れて第１巻線１３ａに誘起される電力は電源バッテリ１２に充電される。第１巻線１３ａに図３における上側から下側に向かうように流れる電力が誘起されるときは、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がオフ、Ｓ４がオン状態に制御され、第１巻線１３ａに誘起される電流は、図３に２点鎖線で示すように、ダイオードＤ２→第１巻線１３ａ→スイッチング素子Ｓ４となるように流れる状態になる。この状態が繰り返されて電源バッテリ１２が充電される。

電源バッテリ１２を電源として家電製品を使用する場合は、スイッチ２９，３０が、コンセント２６をフィルタ２４と通電可能な状態に保持されて、コンセント２６が双方向インバータ１６と接続された状態になる。そして、コンセント２６に家電製品のプラグが接続される。この状態でトランス１３の第２巻線１３ｂから所定電圧（例えば、１００Ｖ）の交流が得られるように、制御装置３１からの制御信号によってブリッジ回路１４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がスイッチング制御され交流電圧がトランス１３の第１巻線１３ａに供給される。

また、Ｈブリッジ回路２０のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、第２巻線１３ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＨブリッジ回路２１に供給される。Ｈブリッジ回路２１の各スイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２は、コンセント２６から所定電圧、所定周波数（例えば、１００Ｖ、６０Ｈｚ）の交流電圧が得られるように、制御装置３１からの制御信号によってスイッチング制御される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電圧変換装置１１は、電源バッテリ１２と系統電源とを電気的絶縁状態で接続するトランス１３と、電源バッテリ１２とトランス１３との間に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路１４と、トランス１３の第１巻線１３ａを昇圧用コイルとして使用する昇圧回路とを備える。また、トランス１３の第２巻線１３ｂに接続されるとともに、Ｈブリッジ回路２０，２１と、Ｈブリッジ回路２０，２１に接続された系統電源用接続部（プラグ２５）とを備える。また、ブリッジ回路１４の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＨブリッジ回路２０，２１の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２を、前記昇圧回路で電源バッテリ１２の直流電圧を昇圧する際は、プラグ２５へ電力が供給されないように制御し、電源バッテリ１２を充電する際は、前記昇圧回路が機能しないように制御する制御装置３１を備える。したがって、トランス１３の第１巻線１３ａが昇圧回路の昇圧用コイルとして使用されるため、昇圧用コイル及びトランスという巻線部品を２つ必要とする電圧変換装置１１において小型化及びコスト低減を図ることができる。また、昇圧回路の動作時にはトランス１３は機能する必要が無く、トランス１３が機能するときには昇圧回路は機能する必要がないため、昇圧用コイルをトランス１３の巻線として同時に使用する構成に比較して、第１巻線１３ａ及び第２巻線１３ｂの設計の制約が少なくなる。

（２）電圧変換装置１１には充電回路として双方向インバータ１６が設けられている。したがって、充電回路を電源バッテリ１２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して所定の周波数で出力する出力回路としても使用することができる。

（３）双方向インバータ１６は、２つのＨブリッジ回路２０，２１を備えている。したがって、充電の際に、系統電源から充電回路に供給される正弦波の交流電圧を、電源バッテリ１２の定格充電電圧の交流がトランス１３の電源バッテリ１２側の第１巻線１３ａで得られるように変換することが容易になる。

（４）電圧変換装置１１は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ２５と、家電製品のプラグを接続可能なアダプタ（コンセント２６）を備えている。制御装置３１はブリッジ回路１４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＨブリッジ回路２０，２１のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２を、前記接続部から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力するように制御可能に構成されている。この発明では、電源バッテリを深夜電力で充電し、その電力で昼に家電製品を駆動することにより、電力費用を低減することができる。

（５）電圧変換装置１１は車載用の電圧変換装置である。したがって、車両がエンジンとモータで駆動されるハイブリッド車に適用した場合、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、電源バッテリ１２を深夜電力で充電することにより、ハイブリッド車の燃費を低減することが可能となる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 双方向インバータ１６は必ずしも２つのＨブリッジ回路２０，２１を備える必要はなく、１つのＨブリッジ回路を備えた構成でもよい。しかし、２つのＨブリッジ回路２０，２１を備えた構成の方が、系統電源の正弦波状の交流電圧を効率よく電源バッテリ１２に充電することができるとともに、電源バッテリ１２を電源としてコンセント２６から正弦波状の交流電圧を効率よく出力することができる。

○ 双方向インバータ１６に代えて、充電専用の充電回路を設けてもよい。充電専用の充電回路を設けた構成の場合、フィルタ２４に代えて整流回路を設け、整流回路の出力をＨブリッジ回路で交流に変換してトランス１３に供給する構成としてもよい。

○ Ｈブリッジ回路２０，２１に代えて、４つのスイッチング素子からなる他のブリッジ回路を設けてもよい。
○ トランス１３の第１巻線１３ａに中間タップを設け、インダクタンスを変更可能に構成してもよい。例えば、図４に示すように、第１巻線１３ａに中間タップ３２を設けるとともに、ブリッジ回路１４と第１巻線１３ａの第２端部とを接続する配線３３の途中にスイッチ３４（例えば、リレーの接点）を設ける。そして、スイッチ３４の切り換えにより、配線３３を第１巻線１３ａの第２端部と、中間タップ３２とに選択的に接続可能な構成とする。この場合、第１巻線１３ａを昇圧回路１８の昇圧用コイルとして使用する際と、トランス１３の第１巻線１３ａとして使用する際でスイッチ３４の接続状態を切り換えることにより、目的のインダクタンスに近い状態で使用することが容易になる。

○ Ｈブリッジ回路２０，２１で使用されるスイッチング素子としてＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。また、ブリッジ回路１４を昇圧回路の一部として使用する際、スイッチング素子に流れる電流が小さければ、ブリッジ回路１４においてもスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用してもよい。

○ 車両はハイブリッド車に限らず、バッテリを電源とした電気自動車や燃料電池及びバッテリを電源とした電気自動車であってもよい。
○ 電源バッテリ１２の電圧は２００Ｖに限らず、２００Ｖより高くてもあるいは低くてもよい。また、昇圧回路１８の昇圧後の電圧も５００Ｖに限らず、使用するモータジェネレータＭＧあるいはモータに応じて変更してもよい。

○ コンセント２６に供給される交流電圧は、家電製品の使用電圧及び周波数であればよく、１００Ｖ、６０Ｈｚに限らず、例えば、１００Ｖ、５０Ｈｚや２００Ｖ、５０Ｈｚや２００Ｖ、６０Ｈｚであってもよい。また、外国で使用する場合は、その国の系統電源の規格に合わせた電圧及び周波数にするのが望ましい。

○ スイッチ２９，３０，３４は、リレーの接点に限らず、手動操作で切り換えられる構成であってもよい。
○ 電圧変換装置１１は車載用に限らない。例えば、工場や事務所あるいは家庭の電圧変換装置として用い、深夜電力を電源バッテリ１２に充電し、昼にその電力を使用するようにしてもよい。

一実施形態の電圧変換装置の回路図。 （ａ）は昇圧回路の作用を説明する部分回路図、（ｂ）は昇圧回路の作用を説明する部分回路図。 充電時の作用を説明する部分回路図。 別の実施形態におけるトランスの構成を示す回路図。 従来技術の回路図。

符号の説明

Ｓ１〜Ｓ１２…スイッチング素子、１１…電圧変換装置、１２…電源バッテリ、１３…トランス、１３ａ…第１巻線、１３ｂ…第２巻線、１４…第１のブリッジ回路としてのブリッジ回路、１６…充電回路としての双方向インバータ、１８…昇圧回路、２０，２１…第２のブリッジ回路としてのＨブリッジ回路、２５…系統電源用接続部としてのプラグ、２６…系統電源用接続部であるアダプタとしてのコンセント、３１…制御装置、３２…中間タップ、３４…スイッチ。

Claims (5)

1. 電源バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記電源バッテリを系統電源で充電可能な充電回路とを備えた電圧変換装置であって、
   前記電源バッテリと前記系統電源とを電気的絶縁状態で接続するトランスと、
   前記電源バッテリと前記トランスとの間に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる第１のブリッジ回路と、
   前記第１のブリッジ回路に接続される前記トランスの第１巻線を昇圧用コイルとして使用する前記昇圧回路と、
   前記トランスの第２巻線に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる少なくとも１つの第２のブリッジ回路と、
   前記第２のブリッジ回路に接続された系統電源用接続部と、
   前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を、前記昇圧回路で前記電源バッテリの直流電圧を昇圧する際は、前記系統電源用接続部へ電力が供給されないように制御し、前記系統電源用接続部を系統電源に接続して前記電源バッテリを充電する際は、前記昇圧回路が機能しないように制御する制御装置と
   を備えたことを特徴とする電圧変換装置。
2. 前記第２のブリッジ回路としてＨブリッジ回路が２つ設けられている請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記系統電源用接続部は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグと、家電製品のプラグを接続可能なアダプタを備えており、前記制御装置は前記第１のブリッジ回路のスイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路のスイッチング素子を、前記アダプタから家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力するように制御可能に構成されている請求項１又は請求項２に記載の電圧変換装置。
4. 前記電圧変換装置は車載用の電圧変換装置である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電圧変換装置。
5. 前記第１巻線は中間タップを備えるとともに、前記第１巻線はその第１端部及び第２端部の一方が前記第１のブリッジ回路に接続され、前記第１端部及び第２端部の他方と、前記中間タップとが前記第１のブリッジ回路にスイッチを介して選択的に接続可能に構成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電圧変換装置。

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