JP2015056997A

JP2015056997A - 双方向絶縁型ｄｃ−ｄｃコンバータと電源装置

Info

Publication number: JP2015056997A
Application number: JP2013190118A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　則之; Noriyuki Ito; 則之伊藤
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-23

Abstract

【課題】充電時と放電時とで切り替えに伴うデッドタイムを要することなく、連続的にリニアな切り替えが可能な双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ等を提案することを目的とする。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣコンバータと蓄電用バッテリーとの間に接続されて、蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの蓄電用バッテリー側の二次側スイッチング素子を、二次側出力のフィードバックに基づいて生成された駆動タイミングで、充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するとともに、二次側スイッチング素子の駆動タイミングに対応して生成された駆動タイミングでブリッジ回路を構成する複数の一次側スイッチング素子を充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するスイッチング素子駆動制御部を備える双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電と放電とを切り替え時間を要することなくリニアに切り替え可能な双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータとそれを備える電源装置に関する。

ハーフブリッジ接続構成のトランジスタ等のスイッチング素子のオン、オフのタイミング制御により、一方向から他方向へ又は他方向から一方向へのＤＣ−ＤＣ変換を行う双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに関する発明であって、オン、オフ制御するスイッチング素子共用化部分を、昇圧用のタイミング制御によるアップコンバータ機能と、降圧用のタイミング制御によるダウンコンバータ機能とを切替えるには、切替えの為の休止期間を必要とすることから、バッテリーの充放電制御等に於いて、アップコンバータ機能とダウンコンバータ機能とを瞬時的な切替えができないとの課題を解決し、アップコンバータ機能とダウンコンバータ機能とを瞬的に切替可能とすることを目的とする発明が、下記特許文献１に記載されている。

特許文献１によれば、直流電源部との間でバッテリーの充電及び放電を制御する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、直流電源部とバッテリーとの間に直列的に接続した第１のスイッチング素子とチョークコイルと、第１のスイッチング素子と並列に接続し、バッテリーから直流電源部の方向を順方向とした第１のダイオードと、バッテリーと並列的に接続した第２のコンデンサと、第１のスイッチング素子とチョークコイルとの接続点に接続した第２のスイッチング素子と、この第２のスイッチング素子と並列に接続し、バッテリーの電圧に対して逆方向を順方向とした第２のダイオードと、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを相補的にオン、オフ制御する制御部とを備え、この制御部は、基準電圧の制御に従って第１のスイッチング素子のオン、オフと、第２のスイッチング素子のオン、オフとを制御すると共に、それぞれデッドタイム後にオンに制御する構成を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとすることにより、バッテリーの充放電を制御する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを、基準電圧の変更制御により、アップコンバータとダウンコンバータとの何れかの機能とし、それぞれの機能の切替えを制御電圧の変更制御により休止期間をおくことなく連続的に行うことが可能であり、従って、バッテリーの充電と放電とを、制御電圧の連続的な調整により、リニアな特性で切替えることができる技術思想が開示されている。但し、特許文献１で開示されている双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータである。

特開２０１０−２０６８８３号公報

従来、ＡＣ−ＤＣコンバータと蓄電用バッテリーとの間に接続されて、蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、充電時と放電時とで切り替えに伴うデッドタイムを要することなく、連続的にリニアな切り替え動作を実現する構成は知られていない。また、そのような双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた電源装置も知られていない。

すなわち、充電時に使用する一次側のスイッチング素子と、放電時に使用する二次側のスイッチング素子と、を同時にオン駆動としてしまうと、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに破壊等の障害が生じる懸念がある。

このため、このような同時オンを確実に回避するために、充電動作と放電動作との間、すなわち一次側スイッチング素子の駆動開始または駆動終了と、二次側スイッチング素子の駆動終了または駆動開始との間に、一定期間のデッドタイムを設ける必要があった。

これにより、従来、充電モードと放電モードとの間に空白期間が生じることとなり、無駄な時間が生じてこの間に無駄な電力消費が生じることが懸念されていた。また、従来、スムースかつ迅速な充放電間の切り替えができないだけでなく、特に、頻繁に充放電切り替えが必要とされる場合等においては、切り替えの度に発生する無駄な時間と無駄な消費電力を低減することが望まれていた。

本発明は、上述した問題点に鑑み為された発明であって、充電時と放電時とで切り替えに伴うデッドタイムを要することなく、連続的にリニアな切り替えが可能な双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ及び双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備える電源装置を提案することを目的とする。

本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＡＣ−ＤＣコンバータと蓄電用バッテリーとの間に接続されて、蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの二次側スイッチング素子を、二次側出力のフィードバックに基づいて、充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するとともに、二次側スイッチング素子の駆動に対応して決定された駆動タイミングでブリッジ回路を構成する一次側スイッチング素子を充電時においても放電時においても駆動するスイッチング素子駆動制御部を備えることを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、上述の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする。

充電時と放電時とで切り替えに伴うデッドタイムを要することなく、連続的にリニアな切り替えが可能な双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ及び双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備える電源装置を提案できる。

本発明の第一の実施形態にかかる電源装置の構成概要を説明する図である。本発明の第二の実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成概要を説明する図である。スイッチング素子駆動制御部が生成するスイッチング素子のデッドタイムを含む場合の駆動信号を例示するシーケンス図である。本実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの充放電切り替え時の電流電圧特性を説明する概念図である。従来公知の電源装置の構成概要を説明する図である。従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの充電時と放電時との切り替えに要するデッドタイムを含む電圧電流特性を説明する概念図である。電流フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの例を説明する図である。電圧フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの例を説明する図である。従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのＶ−Ｉ特性を説明する図である。従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの充放電自動切り替え時のＶ−Ｉ特性を説明する図である。電圧フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのＶ−Ｉ特性を説明する図である。本発明の第二の実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの充放電切り替えに関する動作を説明するフロー図である。

本実施形態で例示する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、二次電池等の蓄電用バッテリーとＡＣ−ＤＣコンバータとの間に接続されて、蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する。この双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）と二次側（蓄電用バッテリー側）とにそれぞれ備えられるスイッチング素子を、充電時においても放電時においてもオンオフ動作させる。

すなわち、本実施形態の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、充電させようとする電力と放電させようとする電力とを共に常に生起させるようにスイッチング動作を遂行する。そして、充電させようとする電力と放電させようとする電力とが絶縁トランスで均衡している場合には、両者がバランスして充電もせず放電もしない。

一次側と二次側との電圧比は絶縁トランスの巻線比にも依存するので、絶縁トランスの巻線比を蓄電用バッテリーの電気的特性に整合させて適切に設定することが好ましい。これにより、蓄電用バッテリーの電気的特性に合致した充電と放電との切り替えポイントが設定されて、当該ポイントで切り替え時間を要することなくスムースな切り替え動作となる。

一方、充電させようとする電力の方が放電させようとする電力よりも大きな場合には、絶縁トランスでの均衡が破れて充電モードとなり、蓄電用バッテリーに充電電力が供給される。また、放電させようとする電力の方が充電させようとする電力よりも大きな場合には、絶縁トランスでの均衡が破れて放電モードとなり、蓄電用バッテリーから電力が放電される。

このように、充電動作にかかるスイッチング動作と放電動作にかかるスイッチング動作とを共に、充電放電に拘わらずいわば常に遂行しているので、充電モードと放電モードとの切り替え時間を要さず、迅速な切り替え対応が可能となる。

上述の機能を適切に遂行するために、本実施形態で例示する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）と二次側（蓄電用バッテリー側）とにそれぞれ備えられるスイッチング素子を、連携してオンオフ動作させる。

具体的には、二次側のスイッチング素子の動作タイミングを二次側の出力フィードバックに基づいて生成し、当該二次側のスイッチング素子の動作タイミングに基づいて一次側のスイッチング素子の動作タイミングを連携するように生成する。

このようなスイッチング動作により、本実施形態で例示する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、充電時と放電時とで切り替えに伴うデッドタイムを要することなく、連続的にリニアな切り替えが可能となる。そこで、以下、図面に基づいて各実施例ごとに詳細に説明する。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる電源装置１０００の構成概要を説明する図である。図１に示すように、電源装置１０００は、不図示の商用電源等に接続されたＡＣ−ＤＣコンバータ１３００と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３００に接続された双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００と、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００に接続された二次電池等の蓄電用バッテリー１１００とを備える。

図１において、蓄電用バッテリー１１００はバックアップ電源用の無停電電源等であってもよく、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３００と双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００との接続ノードには、無線装置等の不図示の負荷が接続されてもよい。

図１から理解できるように、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、絶縁トランス１２２０の一次側の同期整流ブリッジ回路を構成するスイッチング素子１２４０と、絶縁トランス１２２０の二次側のチョッパーブース回路を構成するスイッチング素子１２３０と、を備える。また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、スイッチング素子１２４０とスイッチング素子１２３０とを、各々オンオフ駆動するための駆動信号を生成するスイッチング素子駆動制御部１２１０を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、絶縁トランス１２２０の二次側に蓄電用バッテリー１１００と並列に接続された平滑コンデンサ１２５０と、直列に接続されたインダクタ１２６０とを備える。また、スイッチング素子１２３０は、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子（ＳＷ１）１２３０（１）と、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）１２３０（２）と、を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、絶縁トランス１２２０の一次側にＡＣ−ＤＣコンバータ１３００と並列に接続された平滑コンデンサ１２８０と、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子１２４０と、直列に接続されたインダクタ１２７０とを順に備える。

また、スイッチング素子１２４０は、ブリッジ構成に配された第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）と、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）と、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）と、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）と、を備える。

第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）とは、互いに５０％デューティーでオンオフ逆に駆動（逆位相）される。また、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）とは、互いに５０％デューティーでオンオフ逆に駆動（逆位相）される。また、ブリッジの対角に位置する、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）とが同時オンとされる期間、及び第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）とが同時オンとされる期間が、いわゆる同期整流の期間となる。

上述の構成を備える本実施形態の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、スイッチング素子駆動制御部１２１０が、入力されたリファレンス電圧に基づいて充電時においても放電時においても、スイッチング素子１２３０とスイッチング素子１２４０とを連携してオンオフ駆動させる。

すなわち、例えば第一のスイッチング素子（ＳＷ１）１２３０（１）がオフとなるタイミングで第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）をオフとし、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）１２３０（１）がオンとなるタイミングで第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）をオフとする。

これにより、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、充電時と放電時との切り替え時間を要することなく、迅速かつ適切な充放電切り替え動作が可能となる。双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１２００は、例えば通常状態における充電モードから停電発生による放電モードへと瞬時に切り替えが可能となる。

従って、無線装置等の負荷への迅速かつ継続的な電力供給が可能となり、バックアップ電源としての遅滞ないバックアップ可能な好ましい特性が得られる。第一の実施形態におけるスイッチング素子駆動制御部１２１０の構成及び動作内容は、上述の説明に限定されるものではなく、当業者に自明な範囲で適宜構成することができる。なお、図１において、ブリッジ構成の第一アームのハイサイドである第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）と第一アームのローサイドである第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）とは、デューティー比５０％で互いに逆駆動されるものとする。また、ブリッジ構成の第二アームのハイサイドである第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）と第二アームのローサイドである第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）とは、デューティー比５０％で互いに逆駆動されるものとする。

（第二の実施形態）
図２は、本発明の第二の実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の構成概要を説明する図である。図２において、不図示の商用電源等に接続されたＡＣ−ＤＣコンバータと、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００に接続された二次電池等の不図示の蓄電用バッテリーとを備えて電源装置として構成することができる。

また、蓄電用バッテリーはバックアップ電源用の無停電電源等であってもよく、ＡＣ−ＤＣコンバータと双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００との接続ノードには、無線装置等の不図示の負荷が接続されてもよい。

図２から理解できるように、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、絶縁トランス２２２０の一次側の同期整流ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２２４０と、絶縁トランス２２２０の二次側のチョッパーブース回路を構成するスイッチング素子２２３０と、を各々オンオフ駆動する駆動信号を生成するスイッチング素子駆動制御部２２１０を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、絶縁トランス２２２０の二次側に不図示の蓄電用バッテリーと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ１）２２５０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）２２６０とを備える。また、スイッチング素子２２３０は、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）と、を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、絶縁トランス２２２０の一次側に不図示のＡＣ−ＤＣコンバータと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ２）２２８０と、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２２４０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ２）２２７０とを順に備える。

また、スイッチング素子２２４０は、ブリッジ構成に配された第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）２２４０（４）と、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）と、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）と、を備える。第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）２２４０（４）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。また、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。

また、図２から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部２２１０は、二次側出力のフィードバックが入力される差動増幅器２２１１と、差動増幅器２２１１の出力とリファレンス電圧が入力される二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２とを備える。二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２は、絶縁トランス２２２０の二次側の第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）との駆動信号を生成する。

また、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２は、ＰＷＭを用いて構成することができる。また、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２に入力されるリファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）は可変であってもよく、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を適宜変更することにより、放電と充電とを切り替える電気的状態（すなわち、いつ切り替えるかの充放電切り替えポイント）を変更することが可能となる。上位の制御パソコン等から充電モードとする指示がある場合や、放電モードとする指示がある場合には、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）の値を適宜変更することで、当該リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する所望のモードとすることができる。

また、図２から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部２２１０は、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２が生成した第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）の駆動信号に基づいて、これと連動したタイミングで、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）２２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）との駆動信号を生成する一次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１３を備える。

図３は、スイッチング素子駆動制御部２２１０が生成する、スイッチング素子２２３０，２２４０のデッドタイムを含む場合の駆動信号、を例示するシーケンス図である。図３から理解できるように、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２は、差動増幅器２２１１を介して入力される二次側出力のフィードバックとリファレンス電圧とに基づいて、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）との駆動信号を生成する。

この場合に、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２は、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）の駆動信号と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）の駆動信号とを、互いに１８０°ずれて同一期間（Ｔ１）だけオフとされるように駆動信号を生成する。詳しくは後述するが、当該オフ期間（Ｔ１）の長短は、充電するのか放電するのかの動作モードに直接的に関係する。

また、一次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１３は、二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２が生成した第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）の駆動信号がオフとされる時に第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）がオフとされ、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）の駆動信号がオンとされる時に第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）がオフとされ、かつ、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）２２４０（４）とは互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動され、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）とは互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動されるように、スイッチング素子２２４０の駆動信号を生成する。

図３において、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）とが同時オンとされる期間（Ｔ２）、及び第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）とが同時オンとされる期間（Ｔ２）が、いわゆる同期整流の期間となる。

また、図３において、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）とが共にオン（同時オン）される期間（Ｔ３）は、インダクタ（Ｌ１）２２６０に電力が励磁されてエネルギーを二次側に蓄積している期間となる。

なお、図３においては、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）２２４０（４）との同時オンを防止し、かつ、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２４０（６）との同時オンを防止するため、各々のオンオフ切り替えタイミングにデッドタイム（Ｔ１−Ｔ２）を設けており、予期せぬ回路の損傷等を防止する構成としている。これらのデッドタイム（Ｔ１−Ｔ２）は図３においては理解を容易にするため誇張して示しているが、現実にはわずかな時間でよい。

また、上述のデッドタイム（Ｔ１−Ｔ２）を設けることは、回路破損を防止する観点からは好ましいものであるが、本実施形態における必須の構成ではなく、必ずしも設ける必要はなく、仮に設ける場合においても回路特性を考慮してその長さを適宜調整してもよい。

二次側スイッチング素子駆動信号生成部２２１２が、例えばオフ期間（Ｔ１）を比較的長くした駆動信号を生成すれば充電電力が増えて充電モードとなり、例えばオフ期間（Ｔ１）を比較的短くした駆動信号を生成すれば放電電力が増えて放電モードとなり、両モード間に切り替え時間が発生せず、リニアかつ迅速かつ継続的な充放電切り替えが実現される。

換言すれば、充電用のスイッチング素子２２４０と放電用のスイッチング素子２２３０とは、充放電に拘わらず連動したタイミングで常に動作しているため、充電用及び放電用の別途のスイッチ切り替え動作が生じない。このため、迅速かつリニアな切り替えが可能となる。

上述の構成を備える本実施形態の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、スイッチング素子駆動制御部２２１０が、入力されたリファレンス電圧に基づいて充電時においても放電時においても、スイッチング素子２２３０とスイッチング素子２２４０とを連携してオンオフ駆動させる。

すなわち、図３に示すように第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）がオフとなるタイミングで第五のスイッチング素子（ＳＷ５）２２４０（５）をオフとし、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）がオンとなるタイミングで第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２４０（３）をオフとする。

これにより、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、充電時と放電時との切り替え時間を要することなく、迅速かつ適切な充放電切り替え動作が可能となる。双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、例えば通常状態における充電モードから停電発生による放電モードへと瞬時に切り替えが可能となる。これにより、無線装置等の負荷への迅速かつ継続的な電力供給が可能となり、バックアップ電源としての遅滞ないバックアップが可能となり、求められる特性上さらに好ましいものとなる。

なお、図２及び図３においては、電流フィードバック制御の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の回路例に基づいて、二次側はチョッパーブースとし、一次側は同期整流フルブリッジ回路として例示して説明したが、これに限定されるものではない。

図４は、本実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の充放電切り替え時の電流電圧特性を説明する概念図である。図４に示すように、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を基準として二次側のフィードバック電圧値がそれよりも大きければ充電モードとなり電流（Ｉ）が充電され、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を基準として二次側のフィードバック電圧値がそれよりも小さければ放電モードとなり電流（Ｉ）が放電され、両者は途切れることなくリニアかつ連続的に切り替わることが可能である。

上述のように、スイッチング素子駆動制御部２２１０は、フィードバックによりオフ期間幅（Ｔ１）を制御した駆動信号を生成し、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）とを制御する。また、スイッチング素子駆動制御部２２１０は、生成した第一のスイッチング素子（ＳＷ１）２２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）２２３０（２）との駆動信号に同期させて、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）２２３０（３）乃至第六のスイッチング素子（ＳＷ６）２２３０（６）の駆動信号を生成して動作させる。

出力電流（Ｉ）が零の場合には、インダクタ（Ｌ１）７２６０に期間（Ｔ３）分のエネルギーを励磁し、期間（Ｔ１）だけエネルギーを放出した時の電圧（Ｖ_２）と、電圧（Ｖ_３）の印加に基づいて絶縁トランス（Ｔ１）７２２０の巻線比（Ｎ２ａ／Ｎ１）分誘導される電圧（Ｖ_２）とが等しいことを意味する。

このような出力電流（Ｉ）が零の場合を基準として、期間（Ｔ３）が長くなる（すなわち期間（Ｔ１）が短くなる）とインダクタ（Ｌ１）７２６０の励磁による電圧（Ｖ_２）が増大し放電動作となる。

また、出力電流（Ｉ）が零の場合を基準として、期間（Ｔ３）が短くなる（すなわち期間（Ｔ１）が長くなる）とインダクタ（Ｌ１）７２６０の励磁による電圧（Ｖ_２）が減少して絶縁トランス（Ｔ１）７２２０の巻線比（Ｎ２ａ／Ｎ１）分誘導される電圧（Ｖ_２）の方が大きくなり充電動作となる。

ここで、本実施形態の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の構成及び動作特性等の理解を容易とするために、比較して従来の電源装置５０００の構成概要について簡単に説明する。図５は、従来公知の電源装置５０００の構成概要を説明する図である。

図５に示すように、公知の電源装置５０００は、不図示の商用電源等に接続されたＡＣ−ＤＣコンバータ５３００と、ＡＣ−ＤＣコンバータ５３００に接続された公知の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００と、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００に接続された二次電池等の蓄電用バッテリー５１００とを備える。

図５から理解できるように、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、絶縁トランス５２２０の一次側の同期整流ブリッジ回路を構成するスイッチング素子５２４０と、絶縁トランス５２２０の二次側のチョッパーブース回路を構成するスイッチング素子５２３０と、を各々オンオフ駆動する駆動信号を生成するスイッチング素子駆動制御部５２１０を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、絶縁トランス５２２０の二次側に蓄電用バッテリー５１００と並列に接続された平滑コンデンサ５２５０と、直列に接続されたインダクタ５２６０とを備える。また、スイッチング素子５２３０は、放電時に、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）と、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）と、を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、絶縁トランス５２２０の一次側にＡＣ−ＤＣコンバータ５３００と並列に接続された平滑コンデンサ５２８０と、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子５２４０と、直列に接続されたインダクタ５２７０とを順に備える。

また、スイッチング素子５２４０は、ブリッジ構成に配された第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）と、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）５２４０（４）と、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）５２４０（５）と、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）と、を備える。

第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）５２４０（４）とは、充電時に、互いにオンオフ逆に駆動される。また、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）とは、充電時に、互いにオンオフ逆に駆動される。

また、充電時において、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）１２４０（３）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）１２４０（６）とが同時オンとされる期間、及び第四のスイッチング素子（ＳＷ４）１２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）１２４０（５）とが同時オンとされる期間が、いわゆる同期整流の期間となる。

上述の構成を備える従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、スイッチング素子駆動制御部５２１０の放電用スイッチング素子制御部５２１１が、入力された放電用リファレンス電圧に基づいて、放電時において、スイッチング素子５２３０をオンオフ駆動させる。

また、従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、スイッチング素子駆動制御部５２１０の充電用スイッチング素子制御部５２１２が、入力された充電用リファレンス電圧に基づいて、充電時において、スイッチング素子５２４０をオンオフ駆動させる。

すなわち、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）が駆動される放電時と、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）及び第四のスイッチング素子（ＳＷ４）５２４０（４）及び第五のスイッチング素子（ＳＷ５）５２４０（５）及び第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）が駆動される充電時と、でスイッチング素子駆動制御部５２１０内部において、放電用スイッチング素子制御部５２１１と充電用スイッチング素子制御部５２１２との間で切り替え動作が必要となっている。

ちなみに、放電時においては、スイッチング素子駆動制御部５２１０が、メインスイッチを第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）としてオンオフ駆動し、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）乃至第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）はオフとする。また、充電時においては、スイッチング素子駆動制御部５２１０が、メインスイッチを第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）乃至第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）としてオンオフ駆動し、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）はオフとする。

さらに、この充放電切り替えに際し、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）と、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）及び第四のスイッチング素子（ＳＷ４）５２４０（４）及び第五のスイッチング素子（ＳＷ５）５２４０（５）及び第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）と、の間で同時オンによる回路損傷を避けるために、所定の充放電切り替え時デッドタイムが必要となっていた。

これにより、従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、充電時と放電時との切り替え時間を少なくとも当該デッドタイム相当分だけ要することとなり、迅速かつリニアな充放電切り替え動作ができないものであった。

双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００は、例えば通常状態における充電モードから停電発生による放電モードへと切り替える場合に所定のデッドタイムの待機時間を要する。これにより、無線装置等の負荷への迅速かつ継続的な電力供給が滞ることが懸念され、バックアップ電源としての遅滞ないバックアップ可能な特性上改良の余地があった。

図６は、従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００の充電時と放電時との切り替えに要するデッドタイムを含む電圧電流特性を説明する概念図である。図６から理解できるように、第一のスイッチング素子（ＳＷ１）５２３０（１）、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）５２３０（２）、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）５２４０（３）、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）５２４０（４）、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）５２４０（５）、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）５２４０（６）を全て一旦オフとするデッドタイムが切り替え時間として必要となっており、このためスムースかつリニアな切り替え動作が従来できないことが判る。

図１２は、本発明の第二の実施形態にかかる双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の充放電切り替えに関する動作を説明するフロー図である。そこで、図１２に示す各ステップに基づいて、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００の動作を以下に順次説明する。

（ステップＳ１２００）
双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、出力フィードバックとリファレンス電圧とに基づいて充電モードとするか否かを判断する。充電モードとする場合にはステップＳ１２１０へと進み、充電モードとしない場合にはステップＳ１２３０へと進む。リファレンス電圧に対応するようにフィードバックが為されるので、外部から強制的に充電モードまたは放電モードを指示する場合には、当該リファレンス電圧値を所望のモードに対応した値へと変更する。

（ステップＳ１２１０）
スイッチング素子駆動制御部は、二次側スイッチング素子のオフ時間（Ｔ１）を比較的長く駆動する。

（ステップＳ１２２０）
出力電流（Ｉ）が零より大きくなり、蓄電用バッテリーに電流が流れて充電動作が遂行される。

（ステップＳ１２３０）
双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２００は、出力フィードバックとリファレンス電圧とに基づいて放電モードとするか否かを判断する。放電モードとする場合にはステップＳ１２４０へと進み、放電モードとしない場合にはステップＳ１２６０へと進む。

（ステップＳ１２４０）
スイッチング素子駆動制御部は、二次側スイッチング素子のオフ時間（Ｔ１）を比較的短く駆動する。

（ステップＳ１２５０）
出力電流（Ｉ）が零より小さくなり、蓄電用バッテリーから電流が流れ出て放電動作が遂行される。

（ステップＳ１２６０）
出力電流（Ｉ）が零となり、充電も放電もいずれも遂行されない。

（第三の実施形態）
図７は、電流フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７２００の例を説明する図である。図７から理解できるように、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７２００は、絶縁トランス７２２０の一次側の同期整流ブリッジ回路を構成するスイッチング素子７２４０と、絶縁トランス７２２０の二次側のチョッパーブース回路を構成するスイッチング素子７２３０と、を各々オンオフ駆動する駆動信号を生成するスイッチング素子駆動制御部７２１０を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７２００は、絶縁トランス７２２０の二次側に不図示の蓄電用バッテリーと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ１）７２５０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）７２６０とを備える。また、スイッチング素子７２３０は、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子（ＳＷ１）７２３０（１）と、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）７２３０（２）と、を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ７２００は、絶縁トランス７２２０の一次側に不図示のＡＣ−ＤＣコンバータと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ２）７２８０と、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子７２４０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ２）７２７０とを順に備える。

また、スイッチング素子７２４０は、ブリッジ構成に配された第三のスイッチング素子（ＳＷ３）７２４０（３）と、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）７２４０（４）と、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）７２４０（５）と、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）７２４０（６）と、を備える。第三のスイッチング素子（ＳＷ３）７２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）７２４０（４）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。また、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）７２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）７２４０（６）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。

また、図７から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部７２１０は、二次側出力電流のフィードバックが入力される差動増幅器７２１１（１）と、差動増幅器７２１１（１）の出力と可変リファレンス電圧が入力される差動増幅器７２１１（２）と、差動増幅器７２１１（２）の出力が入力される二次側スイッチング素子駆動信号生成部７２１２とを備える。二次側スイッチング素子駆動信号生成部７２１２は、絶縁トランス７２２０の二次側の第一のスイッチング素子（ＳＷ１）７２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）７２３０（２）との駆動信号を生成する。

また、二次側スイッチング素子駆動信号生成部７２１２は、図７に示すようにＰＷＭを用いて構成することができる。また、図７に示すように差動増幅器７２１１（２）に入力されるリファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）は可変であって、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を適宜変更することにより、放電と充電とを切り替える電気的状態（すなわち、いつ切り替えるかの充放電切り替えポイント）を変更することが可能となる。

また、図７から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部７２１０は、二次側スイッチング素子駆動信号生成部７２１２が生成した第一のスイッチング素子（ＳＷ１）７２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）７２３０（２）の駆動信号に基づいて、これと連動したタイミングで、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）７２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）７２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）７２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）７２４０（６）との駆動信号を生成する一次側スイッチング素子駆動信号生成部７２１３を備える。

（第四の実施形態）
図８は、電圧フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００の例を説明する図である。図８から理解できるように、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００は、絶縁トランス８２２０の一次側の同期整流ブリッジ回路を構成するスイッチング素子８２４０と、絶縁トランス８２２０の二次側のチョッパーブース回路を構成するスイッチング素子８２３０と、を各々オンオフ駆動する駆動信号を生成するスイッチング素子駆動制御部８２１０を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００は、絶縁トランス８２２０の二次側に不図示の蓄電用バッテリーと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ１）８２５０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）８２６０とを備える。また、スイッチング素子８２３０は、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子（ＳＷ１）８２３０（１）と、第二のスイッチング素子（ＳＷ２）８２３０（２）と、を備える。

また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００は、絶縁トランス８２２０の一次側に不図示のＡＣ−ＤＣコンバータと並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ２）８２８０と、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子８２４０と、直列に接続されたインダクタ（Ｌ２）８２７０とを順に備える。

また、スイッチング素子８２４０は、ブリッジ構成に配された第三のスイッチング素子（ＳＷ３）８２４０（３）と、第四のスイッチング素子（ＳＷ４）８２４０（４）と、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）８２４０（５）と、第六のスイッチング素子（ＳＷ６）８２４０（６）と、を備える。第三のスイッチング素子（ＳＷ３）８２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）８２４０（４）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。また、第五のスイッチング素子（ＳＷ５）８２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）８２４０（６）とは、互いにオンオフ逆に５０％デューティーで駆動される。

また、図８から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部８２１０は、二次側出力電圧のフィードバックが入力される差動増幅器８２１１（１）と、差動増幅器８２１１（１）の出力とリファレンス電圧が入力される差動増幅器８２１１（２）と、差動増幅器８２１１（２）の出力が入力される二次側スイッチング素子駆動信号生成部８２１２とを備える。二次側スイッチング素子駆動信号生成部８２１２は、絶縁トランス８２２０の二次側の第一のスイッチング素子（ＳＷ１）８２３０（１）と第二のスイッチング素子（ＳＷ２）８２３０（２）との駆動信号を生成する。

また、二次側スイッチング素子駆動信号生成部８２１２は、図８に示すようにＰＷＭを用いて構成することができる。また、図８に示すように差動増幅器８２１１（２）に入力されるリファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）は固定であって、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を適切に設定することにより、放電と充電とを切り替える電気的状態（すなわち、いつ切り替えるかの充放電切り替えポイント）を適切に設定することが可能となる。

また、図８から理解できるように、スイッチング素子駆動制御部８２１０は、二次側スイッチング素子駆動信号生成部８２１２が生成した第一のスイッチング素子（ＳＷ１）８２３０（１）及び第二のスイッチング素子（ＳＷ２）８２３０（２）の駆動信号に基づいて、これと連動したタイミングで、第三のスイッチング素子（ＳＷ３）８２４０（３）と第四のスイッチング素子（ＳＷ４）８２４０（４）と第五のスイッチング素子（ＳＷ５）８２４０（５）と第六のスイッチング素子（ＳＷ６）８２４０（６）との駆動信号を生成する一次側スイッチング素子駆動信号生成部８２１３を備える。

図８に示す双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００においては、差動増幅器８２１１（２）に入力されるリファレンス電圧が固定値であるので、蓄電用バッテリーの端子電圧（Ｖ１）を常に一定になるように、スイッチング素子８２３０，８２４０が制御される。すなわち、仮に蓄電用バッテリーが放電されて蓄電用バッテリーの端子電圧（Ｖ１）が低下すれば充電モードとなるようにスイッチング制御され、仮に蓄電用バッテリーが充電されて蓄電用バッテリーの端子電圧（Ｖ１）が上昇すれば放電モードとなる。

図９は、従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００のＶ−Ｉ特性を説明する図であり、図１０は、従来の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ５２００の充放電自動切り替え時のＶ−Ｉ特性を説明する図である。

図１０において、Ｖａが放電回路動作を示し、Ｖｂが充電回路動作を示している。図９及び図１０に示すように、いずれの場合においても切り替え時間（Ｔ_９及びＴ１_０）が生じていることが理解できる。

また、図１１は、電圧フィードバック制御回路の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ８２００のＶ−Ｉ特性を説明する図である。図９及び図１０に示した従来の場合とは異なり、切り替え時間が生じていないことが理解できる。

本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＡＣ−ＤＣコンバータと蓄電用バッテリーとの間に接続されて、蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの蓄電用バッテリー側の二次側スイッチング素子を、二次側出力のフィードバックに基づいて生成された駆動タイミングで、充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するとともに、二次側スイッチング素子の駆動タイミングに対応して生成された駆動タイミングでブリッジ回路を構成する複数の一次側スイッチング素子を充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するスイッチング素子駆動制御部を備えることを特徴とする。

これにより、回路構成は従来のままであっても、充電時と放電時とを問わず常に絶縁トランスの一次側と二次側との各スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動制御部を備えるので、充放電の切り替え動作を要することなく、充電と放電との切り替えが自然かつリニアに遂行可能となる。

すなわち、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）から二次側（蓄電用バッテリー側）に励起される励起電圧と、蓄電用バッテリーの電圧に基づく絶縁トランスの二次側（蓄電用バッテリー側）の電圧と、の大小関係に対応して自然に充電動作と放電動作とが遂行されることができる。

例えば、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）から二次側（蓄電用バッテリー側）に誘導される誘導電圧が、蓄電用バッテリーの電圧に基づく絶縁トランスの二次側（蓄電用バッテリー側）の電圧より大きい場合には、充電動作となり蓄電用バッテリーに充電が遂行されるものとなる。

一方、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）から二次側（蓄電用バッテリー側）に誘導される誘導電圧が、蓄電用バッテリーの電圧に基づく絶縁トランスの二次側（蓄電用バッテリー側）の電圧より小さい場合には、放電動作となり蓄電用バッテリーから放電が遂行されるものとなる。

また、仮に、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの一次側（ＡＣ−ＤＣコンバータ側）から二次側（蓄電用バッテリー側）に誘導される誘導電圧と、蓄電用バッテリーの電圧に基づく絶縁トランスの二次側（蓄電用バッテリー側）の電圧とが同一である場合には、絶縁トランスの一次側と二次側とで電圧が均衡するので充電も放電もいずれも遂行されることはない。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、好ましくは二次側スイッチング素子が、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子とを含み、ブリッジ回路を構成する複数の一次側スイッチング素子は、デューティー比５０％で互いに逆駆動される第三のスイッチング素子及び第四のスイッチング素子と、デューティー比５０％で互いに逆駆動される第五のスイッチング素子及び第六のスイッチング素子とを含むことを特徴とする。

これにより、極めて高い電力伝達効率を実現し、電力ロスの少ない省エネルギーな双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供可能となる。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、さらに好ましくは第二のスイッチング素子がオンされるタイミングで第三のスイッチング素子がオフとされ、第二のスイッチング素子がオフされるタイミングで第五のスイッチング素子がオフとされることを特徴とする。

これにより、二次側のスイッチング素子と一次側のスイッチング素子とが連携したタイミングでオンオフ制御されることとなるので、さらに効率的な電力伝送が可能となる。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、さらに好ましくはスイッチング素子駆動制御部が、第三のスイッチング素子及び第四のスイッチング素子が同時オンとされないようにデッドタイムを設けて駆動し、第五のスイッチング素子及び第六のスイッチング素子が同時オンとされないようにデッドタイムを設けて駆動することを特徴とする。

これにより、ブリッジを構成する複数の一次側のスイッチング素子がいわゆる同時オンされるとの懸念を確実に排除することができるので、より安全性に配慮した電力伝送が保証されて、信頼性の高い長寿命の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供可能となる。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、さらに好ましくはスイッチング素子駆動制御部が、二次側出力からのフィードバックが入力される差動増幅器と、差動増幅器の出力とリファレンス電圧とに基づいて、二次側スイッチング素子の駆動信号を生成する二次側スイッチング素子駆動信号生成部と、二次側スイッチング素子駆動信号生成部が生成した二次側スイッチング素子の駆動信号に基づいて、一次側スイッチング素子の駆動信号を生成する一次側スイッチング素子駆動信号生成部と、を備えることを特徴とする。

これにより、蓄電用バッテリー側の出力に基づいて二次側スイッチング素子駆動信号生成部が二次側スイッチング素子の駆動信号を生成し、生成された当該二次側スイッチング素子の駆動信号に基づいて一次側スイッチング素子駆動信号生成部が一次側スイッチング素子の駆動信号を生成することができる。

二次側スイッチング素子の駆動信号と一次側スイッチング素子の駆動信号とにより、各々二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子とを互いに連携して駆動することができるので、一次側のスイッチング駆動に起因する起電力と二次側のスイッチング駆動に起因する起電力との相対的な大小関係に基づいて、蓄電用バッテリーの充放電が別段の切り替え動作を要することなくスムースに遂行されるものとなる。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、さらに好ましくはスイッチング素子駆動制御部が二次側スイッチング素子のオフ時間長さを制御することにより、蓄電用バッテリーの放電時と充電時との間で充放電電流がリニアに変化し、切り替え時間が生じないことを特徴とする。

二次側スイッチング素子のオフ時間が短くなると蓄電用バッテリーの電力が励磁されて蓄えられる期間である二次側スイッチング素子の同時オン時間が長くなり、より大きな電力が蓄電用バッテリーから放電されるものとなる。そして、当該より大きな電力が一次側スイッチング素子駆動により一次側から二次側へ伝達される充電しようとする電力伝達量を凌駕すれば、放電動作が遂行されるものとなる。

換言すれば、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、放電時においても充電時においてもいずれの場合においても、一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子とをオンオフ駆動し、充電しようとする電力伝達と放電しようとする電力伝達とが常に相克している状態を形成する。

そして、両者が均衡している間は充電も放電も遂行されないが、いずれか一方が他方を凌駕した場合に、充電または放電が遂行されるものとなる。また、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、二次側出力のフィードバックに基づいて放電しようとする電力伝達の程度を制御することにより、放電と充電とをリニアに切り替えることができる。

例えば、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、二次側スイッチング素子のオフ時間をより短くしてオン時間をより長くすることにより、二次側出力のフィードバックに基づいて放電しようとする電力伝達の程度（すなわち二次側の電力励磁）を増大させることができ、これにより充電しようとする電力伝達を凌駕して放電させることができる。

また例えば、双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、二次側スイッチング素子のオフ時間をより長くしてオン時間をより短くすることにより、二次側出力のフィードバックに基づいて放電しようとする電力伝達の程度（すなわち二次側の電力励磁）を低減させることができ、これにより放電しようとする電力伝達を凌駕して充電させることができる。

また、本発明の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、さらに好ましくはスイッチング素子駆動制御部が、放電時には二次側スイッチング素子のオフ時間を充電時よりも短くすることを特徴とする。

これにより放電時には二次側スイッチング素子のオフ時間を比較的短くする一方、充電時には二次側スイッチング素子のオフ時間を比較的長くすることができる。

これにより、蓄電用バッテリーから放電する場合と蓄電用バッテリーへ充電する場合とで切り替え時間を要することなく、スムースで安定した省電力な切り替え動作が可能な電源装置を実現できるので、頻繁にバックアップ電源としての蓄電用バッテリーを使用したり充電したりするような場合でも、低コストかつ迅速な対応が可能となる。

上述の各実施形態で例示した電源装置１０００双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２０００等は、実施形態での説明に限定されるものではなく、実施形態で説明する技術思想の範囲内かつ自明な範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。また、説明の便宜上実施形態においては個別に説明した事項であっても、その構成を自明な範囲内で適宜組み合わせて適用し、またその動作も適宜組み合わせてアレンジしてもよい。

本発明の電源装置や双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの各種二次電池に充放電を遂行する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置として幅広く適用できる。

１０００・・電源装置、１１００・・蓄電用バッテリー、１２００・・双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ、１２１０・・スイッチング素子駆動制御部、１２２０・・絶縁トランス、１２３０・・スイッチング素子、１２４０・・スイッチング素子、１２５０・・平滑コンデンサ、１２６０・・インダクタ、１２７０・・インダクタ、１２８０・・平滑コンデンサ、１３００・・ＡＣ−ＤＣコンバータ。

Claims

ＡＣ−ＤＣコンバータと蓄電用バッテリーとの間に接続されて、前記蓄電用バッテリーの充電及び放電を制御する双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、
前記双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが備える絶縁トランスの前記蓄電用バッテリー側の二次側スイッチング素子を、二次側出力のフィードバックに基づいて生成された駆動タイミングで、充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するとともに、前記二次側スイッチング素子の駆動タイミングに対応して生成された駆動タイミングでブリッジ回路を構成する複数の一次側スイッチング素子を充電時においても放電時においてもオンオフ駆動するスイッチング素子駆動制御部を備える
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記二次側スイッチング素子は、互いに１８０°ずれて同一時間だけオフ駆動される第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子とを含み、
前記ブリッジ回路を構成する複数の一次側スイッチング素子は、第一アームのハイサイドとローサイドに各々配置されデューティー比５０％で互いに逆駆動される第三のスイッチング素子及び第四のスイッチング素子と、第二アームのハイサイドとローサイドに各々配置されデューティー比５０％で互いに逆駆動される第五のスイッチング素子及び第六のスイッチング素子とを含む
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項２に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記第二のスイッチング素子がオンされるタイミングで前記第三のスイッチング素子がオフとされ、
前記第二のスイッチング素子がオフされるタイミングで前記第五のスイッチング素子がオフとされる
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項２または請求項３に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記スイッチング素子駆動制御部は、前記第三のスイッチング素子及び前記第四のスイッチング素子が同時オンとされないようにデッドタイムを設けて駆動し、前記第五のスイッチング素子及び前記第六のスイッチング素子が同時オンとされないようにデッドタイムを設けて駆動する
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記スイッチング素子駆動制御部は、前記二次側出力からのフィードバックが入力される差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力とリファレンス電圧とに基づいて、前記二次側スイッチング素子の駆動信号を生成する二次側スイッチング素子駆動信号生成部と、
前記二次側スイッチング素子駆動信号生成部が生成した前記二次側スイッチング素子の駆動信号に基づいて、前記一次側スイッチング素子の駆動信号を生成する一次側スイッチング素子駆動信号生成部と、を備える
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記スイッチング素子駆動制御部が前記二次側スイッチング素子のオフ時間長さを制御することにより、前記蓄電用バッテリーの放電時と充電時との間で充放電電流がリニアに変化し、切り替え時間が生じない
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記スイッチング素子駆動制御部は、放電時には前記二次側スイッチング素子のオフ時間を充電時よりも短くする
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の双方向絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを備える
ことを特徴とする電源装置。