JP2009284639A - 電力変換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチ素子のスイッチングのみで、昇圧（降圧）動作するだけではなく、電流の通電を遮断することもできる電力変換器を提供する。
【解決手段】電力変換器１は、入力部３と、出力部５と、第１の入出力部及び第２の入出力部と、直列に接続されたキャパシタＣ１及びキャパシタＣ２と、通電制御ブロックＢ１、通電制御ブロックＢ２、通電制御ブロックＢ３及び通電制御ブロックＢ４と、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部７とを備えるものであって、各通電制御ブロックの通電制御素子Ｂ１ａと通電制御素子Ｂ１ｂとの通電方向が逆向きであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換器に関し、特に複数のスイッチ素子のオン／オフ制御により複数のキャパシタを選択的に機能させることで、直流電圧を昇降圧する電力変換器に関する。
従来、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、印加された直流電圧を昇圧（降圧）動作時に、所定のスイッチ素子をスイッチングすることで所望の昇圧（降圧）率を実現している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチ素子をスイッチングする際に、ラップ時間（複数のスイッチ素子を同時にオン）を調整することで、電圧の変換効率の向上や自体の小型化を実現している（例えば、特許文献１、２参照）。
なお、特許文献１、２に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータは、複数のスイッチ素子のオン／オフ制御により複数のキャパシタを選択的に機能させることで、昇圧、導通、回生のいずれかの動作を行うものである。
そして、従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、印可された直流電圧を昇圧（降圧）させずにそのまま出力することを想定して、この昇圧（降圧）動作をさせない導通（導通モード）をスイッチ素子のスイッチングのみで実現していた。また、従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、なんらかの不具合により、キャパシタに過電流が生じるおそれがあり、これを防止するために、別途コンタクタＢＯＸを設けて電流の通電を遮断していた。
特開２００５−２２４０５９号公報 特開２００５−２２４０６０号公報
しかしながら、従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチ素子のスイッチングのみで、導通モードを設けることはできたが、別途コンタクタＢＯＸを設けなければ、電流の通電を遮断する遮断モードを設けることができず、別途コンタクタＢＯＸを設けることによって当該ＤＣ／ＤＣコンバータを含むシステムが複雑化してしまうという問題がある。
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、スイッチ素子のスイッチングのみで、昇圧（降圧）動作するだけではなく、電流の通電を遮断することもできる電力変換器を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項１に記載の電力変換器は、第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック、第２の通電制御ブロック、第３の通電制御ブロック及び第４の通電制御ブロックとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第３の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第４の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、前記通電制御ブロックは、前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする。
かかる構成によれば、電力変換器は、制御回路部によって各通電制御ブロックの通電を制御することにより、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを充放電させて、印加された電圧を昇圧することができる。そして、例えば、電圧を昇圧する際に、通電制御ブロックの通電が制御され、第１の通電制御素子と第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであるため、それぞれの通電制御素子に電流が通電する。このため、導通損失を低減することができる。
請求項２に記載の電力変換器は、第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック及び第２の通電制御ブロックと、第１のダイオード及び第２のダイオードとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、前記第１のダイオードは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第２のダイオードは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、前記通電制御ブロックは、前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする。
かかる構成によれば、電力変換器は、制御回路部によって、第１の通電制御ブロックと第２の通電制御ブロックとの通電を制御することにより、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを充放電させて、印加された電圧を昇圧することができる。そして、電圧を昇圧する際に、通電制御ブロックの通電が制御され、第１の通電制御素子と第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであるため、それぞれの通電制御素子に電流が通電する。このため、導通損失を低減することができる。また、電力変換器において、昇圧動作時に、制御回路部によって、一方の通電制御素子を常時オフする通電制御ブロックが生じるので、この通電制御ブロックの代わりに単体のダイオードを採用することで、回路構成を簡略化することができる。
請求項３に記載の電力変換器は、第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック及び第２の通電制御ブロックと、第１のダイオード及び第２のダイオードとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、前記第１のダイオードは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第２のダイオードは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、前記通電制御ブロックは、前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする。
かかる構成によれば、電力変換器は、電力変換器は、制御回路部によって、第１の通電制御ブロックと第２の通電制御ブロックとの通電を制御することにより、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを充放電させて、印加された電圧を降圧することができる。そして、電圧を降圧する際に、通電制御ブロックの通電が制御され、第１の通電制御素子と第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであるため、それぞれの通電制御素子に電流が通電する。このため、導通損失を低減することができる。また、電力変換器において、降圧動作時に、制御回路部によって、一方の通電制御素子を常時オフする通電制御ブロックが生じるので、この通電制御ブロックの代わりに単体のダイオードを採用することで、回路構成を簡略化することができる。
請求項４に記載の電力変換器は、請求項１から請求項３までに記載の電力変換器において、前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子の少なくとも一方は、ＩＧＢＴであることを特徴とする。
かかる構成によれば、電力変換器は、通電制御素子に、ＩＧＢＴを採用することにより、通電制御ブロックの通電を制御することで、ＩＧＢＴ側の経路と他方の経路との２つの経路に、同時に通電させることができるので、キャパシタに電流を通電させて充電する際に、通電制御素子における導通損失が低減され、電圧の変換効率を向上させることができる。
請求項５に記載の電力変換器は、請求項１から請求項４までに記載の電力変換器において、前記電流を通電させる導通モードと、前記電流を遮断する遮断モードと、前記導通モードから前記遮断モードに移行する際に遮断直前の電流方向を検出してサージ電圧を吸収するサージ吸収モードとを備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、電力変換器は、サージ吸収モードにより、サージ電圧を吸収することができる。
本発明によれば、通電制御ブロックにおいて、第１の通電制御素子と第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであるので、一般的なＩＧＢＴに外付けダイオードを設けて逆並列接続した場合に比べ、導通損失を低減することができる。
本発明によれば、電力変換器の構成を簡易化することができる。
本発明によれば、制御回路部によって通電が制御され、昇圧（降圧）動作時の電流を制御するだけでなく、この制御回路部による通電制御素子の制御によって、電流の通電を遮断する電流供給停止機能を持たせることができる。また、本発明によれば、電流供給停止機能を持たせることで、電流遮断時に発生するサージ電圧を吸収することができる。
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
（電力変換器の構成（双方向ＩＧＢＴのみ））
図１は電力変換器の回路図である。図４に示すように、電力変換器１は、印加された電圧を昇圧するもので、入力部（第１の入出力部）３と、出力部（第２の入出力部）５と、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２と、キャパシタＣ３と、インダクタＬ１と、通電制御ブロックＢ１と、通電制御ブロックＢ２と、通電制御ブロックＢ３と、通電制御ブロックＢ４と、制御回路部７とを備えている。
この電力変換器１は、従来、通電制御ブロックがＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されていたものを、双方向ＩＧＢＴ（電流の通電方向が互いに逆向きである一対の逆阻止型のＩＧＢＴモジュール）とした場合の回路である。
そして、従来ＩＧＢＴに組み合わされていたダイオードに通電していた電流は、すべてのスイッチをオフにしても遮断されなかったが、この電力変換器１では、通電制御ブロックＢ１〜Ｂ４の各素子（通電制御素子）を、制御回路部７によって個別に制御することができる（詳細は後記する）ので、昇圧（降圧）機能及び導通機能を果たすのみならず、電流供給停止機能を備えることができる。この結果、電力変換器１では、従来のＤＣ／ＤＣコンバータのように、別途コンタクタＢＯＸを備える必要がなく、所望の昇圧（降圧）率を実現し、且つ、簡易な構成で電流供給停止機能を実現することができる。
入力部３は、直流電源Ｅ（Ｖ）が接続されており、電圧を印加する箇所である。この入力部３の正極側が、インダクタＬ１及び通電制御ブロックＢ１を介して、キャパシタＣ１の正極側及び出力部５の正極側に接続されている。また、この入力部３の負極側が、通電制御ブロックＢ４を介して、キャパシタＣ２の負極側及び出力部５の負極側に接続されている。
出力部５は、昇圧された電圧Ｖ２を出力する箇所である。この出力部５の正極側が、キャパシタＣ１の正極側に接続されている。また、この出力部５の負極側が、キャパシタＣ２の負極側に接続されている。
キャパシタＣ１、キャパシタＣ２は、直列に接続されており、交互に電荷（電流及び放出電流）を蓄積・放電（充電放電）するものである。この実施形態では、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２を１００μＦのフィルムコンデンサによって構成している。
キャパシタＣ３は、平滑用のキャパシタであり、入力部３に電圧を供給する電源のインピーダンス（入力インピーダンス）が高い場合に、この入力インピーダンスを下げるために設けられていると共に、出力部５からの電圧が昇圧する際の動作を安定させるために取り付けるものである。なお、入力インピーダンスが十分に低い場合には、省略することも可能である。この実施形態では、このキャパシタＣ３は、ケミカルコンデンサとして構成されているが、フィルムコンデンサであってもよい。
インダクタＬ１は、入力部３の正極側（又は負極側）に接続されており、通電制御ブロックＢ１のスイッチングにより、入力部３から供給される電流を、磁気エネルギとして蓄積して、放出電流としてキャパシタＣ１、Ｃ２に供給するものである。
通電制御ブロックＢ１は、双方向ＩＧＢＴで構成されており、２つの通電制御素子Ｂ１ａ（第１の通電制御素子）と、Ｂ１ｂ（第２の通電制御素子）とを備えている。そして、通電制御素子Ｂ１ａは、ダイオード機能部Ｄ１とスイッチ機能部ＳＷ１とを備え、通電制御素子Ｂ１ｂは、ダイオード機能部Ｄ２とスイッチ機能部ＳＷ２とを備えている。そして、これらの通電制御素子Ｂ１ａ、Ｂ１ｂには、逆電圧がかかった場合であっても破壊されることなく、一般的なＩＧＢＴに外付けダイオードを設けて逆並列接続するよりも導通損失を低減できる逆阻止ＩＧＢＴを用いることが好適である。
通電制御ブロックＢ２は、双方向ＩＧＢＴで構成されており、２つの通電制御素子Ｂ２ａ（第１の通電制御素子）と、Ｂ２ｂ（第２の通電制御素子）とを備えている。そして、通電制御素子Ｂ２ａは、ダイオード機能部Ｄ３とスイッチ機能部ＳＷ３とを備え、通電制御素子Ｂ２ｂは、ダイオード機能部Ｄ４とスイッチ機能部ＳＷ４とを備えている。
通電制御ブロックＢ３は、双方向ＩＧＢＴで構成されており、２つの通電制御素子Ｂ３ａ（第１の通電制御素子）と、Ｂ３ｂ（第２の通電制御素子）とを備えている。そして、通電制御素子Ｂ３ａは、ダイオード機能部Ｄ５とスイッチ機能部ＳＷ５とを備え、通電制御素子Ｂ２ｂは、ダイオード機能部Ｄ６とスイッチ機能部ＳＷ６とを備えている。
通電制御ブロックＢ４は、双方向ＩＧＢＴで構成されており、２つの通電制御素子Ｂ４ａ（第１の通電制御素子）と、Ｂ４ｂ（第２の通電制御素子）とを備えている。そして、通電制御素子Ｂ４ａは、ダイオード機能部Ｄ７とスイッチ機能部ＳＷ７とを備え、通電制御素子Ｂ４ｂは、ダイオード機能部Ｄ８とスイッチ機能部ＳＷ８とを備えている。
通電制御素子Ｂ１ａと通電制御素子Ｂ１ｂとは、通電方向が逆向きに構成されている。同様に、通電制御素子Ｂ２ａと通電制御素子Ｂ２ｂとは通電方向が逆向きに構成され、通電制御素子Ｂ３ａと通電制御素子Ｂ３ｂとは通電方向が逆向きに構成され、通電制御素子Ｂ４ａと通電制御素子Ｂ４ｂとは通電方向が逆向きに構成されている。
制御回路部７は、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３と、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５とのオンオフのスイッチングを行う（通電を制御する）ことで、通電制御ブロックＢ２への電流をダイオード機能部Ｄ３に分流、又は、通電制御ブロックＢ３への電流をダイオード機能部Ｄ５に分流させるものである。
この実施形態では、入力部３から印加した電圧Ｖ１を昇圧して、この昇圧した電圧Ｖ２を出力部５から出力している。このため、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７を常時オフにしている。なお、入力部３から印加した電圧を降圧して出力する際には、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８を常時オフにする。
また、この実施形態では、制御回路部７による制御によって、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８のオンオフ制御を行うこととしているが、これらをすべてオフにした場合、入力部３から出力部５への出力（給電）を止めることができる。
なお、電力変換器１において、昇圧する際又は降圧する際に、スイッチングしない通電制御ブロックを単体のダイオードのみで構成してもよい。
すなわち、電力変換器１は、入力部３に印加された電圧を昇圧して出力部５に出力する際には、通電制御ブロックＢ１、通電制御ブロックＢ４を、単体のダイオードのみで構成してもよい。
また、電力変換器１は、入力部３に印加された電圧を降圧して出力部５に出力する際には、通電制御ブロックＢ２、通電制御ブロックＢ３を、単体のダイオードのみで構成してもよい。
（電流の流れ、電圧波形）
次に、図２を参照して、電力変換器１の電流の流れ及び電圧波形について説明する（適宜、図１参照）。図２は昇圧比が小さい場合（１倍から２倍まで）の電流の流れ、通電制御ブロックＢ１〜Ｂ４のスイッチ機能部ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ８の各ゲート電圧、キャパシタＣ１及びキャパシタＣ２の充電電流の波形、インダクタＬ１の放出電流の波形を示している。
図２（ａ）の「ゲート波形」に示したように、電力変換器１は、制御回路部７による制御によって、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３と、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５とをラップさせずに交互にオンする。そして、電力変換器１は、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオンにする立ち上げ時までの間、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２をオンにする。また、電力変換器１は、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオンにする立ち上げ時までの間、通電制御ブロック４のスイッチ機能部ＳＷ８をオンにする。
そして、電力変換器１では、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３がオンの間、キャパシタＣ２に充電電流（インダクタＬ１の磁気蓄積）Ｉｇが流れる。また、電力変換器１では、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオンからオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオンにする立ち上げ時までの時間、インダクタＬ１の放出電流Ｉｈが流れる。
図２（ａ）の「Ｃ２充電動作」に示したように、キャパシタＣ２に流れる充電電流Ｉｇは、インダクタＬ１から、通電制御ブロックＢ２のダイオード機能部Ｄ３を通過し、キャパシタＣ２を通過した後、通電制御ブロックＢ４のダイオード機能部Ｄ８に流れる。また、インダクタＬ１の放出電流Ｉｈは、通電制御ブロックＢ１のダイオード機能部Ｄ２からキャパシタＣ１及びキャパシタＣ２を通過した後、通電制御ブロックＢ４のダイオード機能部Ｄ８に流れる。
図２（ｂ）の「ゲート波形」に示したように、電力変換器１は、制御回路部７による制御によって、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５と、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３とをラップさせずに交互にオンする。そして、電力変換器１は、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオンにする立ち上げ時までの間、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８をオンにする。また、電力変換器１は、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオンにする立ち上げ時までの間、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２をオンにする。
そして、電力変換器１では、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５がオンの間、キャパシタＣ１に充電電流（インダクタＬ１の磁気蓄積）Ｉｉが流れる。また、電力変換器１では、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５をオンからオフにする立ち下げ時から、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３をオンにする立ち上げ時までの間、インダクタＬ１の放出電流Ｉｈが流れる。
図２（ｂ）の「Ｃ２充電動作」に示したように、キャパシタＣ１に流れる充電電流Ｉｉは、インダクタＬ１から、通電制御ブロックＢ１のダイオード機能部Ｄ２に流れ、キャパシタＣ１を通過した後、通電制御ブロックＢ３のダイオード機能部Ｄ５に流れる。また、インダクタＬ１の放出電流Ｉｈは、通電制御ブロックＢ１のダイオード機能部Ｄ２に流れ、キャパシタＣ１及びキャパシタＣ２を通過した後、通電制御ブロックＢ４のダイオード機能部Ｄ８に流れる。
（サージ吸収モードについて）
次に、図３〜図６を参照して、電力変換器１におけるサージ吸収モードについて説明する。電力変換器１では、入力部３から出力部５に電流が通電する導通モードと、電流を遮断する遮断モードとがある。そして、この電力変換器１では、導通モードから遮断モードに移行する際に、通電制御ブロックＢ１〜Ｂ４にサージ電圧（高電圧）がかかり、素子破損の可能性が生じるので、これを防止するために、遮断前の電流方向を考慮して、サージ電圧を緩和するサージ吸収モードを備えている。
サージ吸収モードは、サージ電圧を、キャパシタＣ１及びキャパシタＣ２のいずれかに吸収させるために、通電制御ブロックＢ１〜Ｂ４のいずれかのオンオフを切り替える動作を行うことである。なお、電力変換器１において、インダクタＬ１のインダクタンスが小さいので、キャパシタＣ１及びキャパシタＣ２の電圧はほとんど上昇せずに、サージ電圧だけを吸収することになる。なお、サージ電圧を吸収させるのに必要な時間は、数ｍｓ以下である。
まず、図３を参照して、電力変換器１において、入力部３と出力部５とが導通する場合と、遮断する場合とについて説明する。
図３（ａ）に示すように、入力部３と出力部５とが導通する場合、電力変換器１Ａにおいて、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＮにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦにしている。
また、図３（ｂ）に示すように、入力部３と出力部５とが遮断する場合、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦにしている。
次に、図４を参照して、電力変換器１において、遮断した場合について説明する。
図３（ａ）から図３（ｂ）に示した状態になった場合、図４に示したように、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮからＯＦＦに、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮからＯＦＦに、通電制御ブロックＢ１のスイッチ部ＳＷ１（５）をＯＮからＯＦＦに、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮからＯＦＦに切り替わるので、通電制御ブロックＢ１と通電制御ブロックＢ４とに高電圧が発生する。
次に、図５、図６を参照して、遮断前に入力部３から出力部５に電流が流れていた場合の２種類のサージ吸収モード（その１、その２）と、遮断前に出力部５から入力部３に電流が流れていた場合の２種類のサージ吸収モード（その１、その２）とを説明する。
図５（ａ）に示したように、遮断前に入力部３から出力部５に電流が流れていた場合、いきなり、すべてをＯＦＦにするのではなく、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦからＯＮにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮのままにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦのままにしている。
このように、サージ吸収モードを設けることで、キャパシタＣ２にサージ電圧を吸収（蓄積）することができる。
また、図５（ｂ）に示したように、遮断前に入力部３から出力部５に電流が流れていた場合、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦからＯＮにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮのままにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦのままにしている。
このように、サージ吸収モードを設けることで、キャパシタＣ１にサージ電圧を吸収（蓄積）することができる。
図６（ａ）に示したように、遮断前に出力部５から入力部３に電流が流れていた場合、いきなり、すべてをＯＦＦにするのではなく、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮのままにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦからＯＮにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦのままにしている。
このように、サージ吸収モードを設けることで、キャパシタＣ２にサージ電圧を吸収（蓄積）することができる。
図６（ｂ）に示したように、遮断前に出力部５から入力部３に電流が流れていた場合、電力変換器１において、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ３（１）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ５（２）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ２（３）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ８（４）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ１のスイッチ機能部ＳＷ１（５）をＯＮのままにし、通電制御ブロックＢ４のスイッチ機能部ＳＷ７（６）をＯＮからＯＦＦにし、通電制御ブロックＢ２のスイッチ機能部ＳＷ４（７）をＯＦＦのままにし、通電制御ブロックＢ３のスイッチ機能部ＳＷ６（８）をＯＦＦからＯＮにしている。
このように、サージ吸収モードを設けることで、キャパシタＣ１にサージ電圧を吸収（蓄積）することができる。
（従来のものと比較した効果）
次に、図７を参照して、従来の電力変換器（通電制御素子にＩＧＢＴ＋ダイオード）と、電力変換器１とを比較して説明する。
図７（ａ）の「ゲート波形」に示したように、従来の電力変換器１００の場合、ＩＧＢＴ１０１のＬｏ側と、ＩＧＢＴ１０３のＨｉ側とをスイッチングしている。このため、図７（ａ）の「ＩＧＢＴ＋ダイオードの場合」に示したように、スイッチングしていない、ＩＧＢＴ１０１のＨｉ側のダイオード及びＩＧＢＴ１０３ｂのＬｏ側のダイオードのみに電流が流れる。
これに対し、図７（ｂ）に示したように、電力変換器１の場合、通電制御ブロックＢ１〜Ｂ４を採用しているので、従来の電力変換器１００におけるフライホイールダイオードが逆阻止型のＩＧＢＴに置き換わっている。この結果、電力変換器１では、簡易な構成で電流供給停止機能を実現することができる。また、電力変換器１では、電力供給を停止する際に、行き場を失った電流をキャパシタに流入させ、充電することで、サージ電圧による各素子の破損を防止することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、電力変換器１において、電圧の昇圧動作のみを説明したが、降圧動作も可能である。
本発明の実施形態に係る電力変換器の回路図である。 図１に示した電力変換器において、昇圧比が小さい場合（２倍未満）の電流の流れ、ゲート波形を示した図である。 図１に示した電力変換器において、導通モード、遮断モードを説明するための図である。 図１に示した電力変換器において、遮断した時点での問題点を説明するための図である。 図１に示した電力変換器において、サージ吸収モードを説明するための図である。 図１に示した電力変換器において、サージ吸収モードを説明するための図である。 従来の電力変換器と比較説明するための図である。
符号の説明
１ 電力変換器
３ 入力部（第１の入出力部）
５ 出力部（第２の入出力部）
７ 制御回路部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ キャパシタ
Ｌ１ インダクタ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ 通電制御ブロック
Ｂ１ａ、Ｂ２ａ、Ｂ３ａ、Ｂ４ａ 通電制御素子（第１の通電制御素子）
Ｂ１ｂ、Ｂ２ｂ、Ｂ３ｂ、Ｂ４ｂ 通電制御素子（第２の通電制御素子）
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ ダイオード機能部
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ機能部

Claims (5)

  1. 第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック、第２の通電制御ブロック、第３の通電制御ブロック及び第４の通電制御ブロックとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、
    前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、
    前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第３の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第４の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、
    前記通電制御ブロックは、
    前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、
    前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする電力変換器。
  2. 第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック及び第２の通電制御ブロックと、第１のダイオード及び第２のダイオードとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、
    前記第１のダイオードは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、
    前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第２のダイオードは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、
    前記通電制御ブロックは、
    前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、
    前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする電力変換器。
  3. 第１の入出力部及び第２の入出力部が、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタと、第１の通電制御ブロック及び第２の通電制御ブロックと、第１のダイオード及び第２のダイオードとを介して接続され、これらの通電制御ブロックの通電を制御する制御回路部を備える電力変換器であって、
    前記第１の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの正極側及び前記第２の入出力部の正極側に接続し、
    前記第１のダイオードは、前記第１の入出力部の正極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第２のダイオードは、前記第１の入出力部の負極側を前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続し、
    前記第２の通電制御ブロックは、前記第１の入出力部の負極側を前記第２のキャパシタの負極側及び前記第２の入出力部の負極側に接続し、
    前記通電制御ブロックは、
    前記第１の入出力部と前記第２の入出力部との間を流れる電流を遮断又は一方向に通電する第１の通電制御素子及び第２の通電制御素子とを備え、
    前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子との通電方向が逆向きであることを特徴とする電力変換器。
  4. 前記第１の通電制御素子と前記第２の通電制御素子の少なくとも一方は、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒであることを特徴とする請求項１から請求項３までに記載の電力変換器。
  5. 前記制御回路部は、前記電流を通電させる導通モードと、前記電流を遮断する遮断モードと、前記導通モードから前記遮断モードに移行する際にサージ電圧を吸収するサージ吸収モードとを備えることを特徴とする請求項１から請求項４までに記載の電力変換器。
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