JP2015070750A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ電圧に伴う整流用スイッチング素子の破損を防止することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】制御回路１６は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下のときには、電流検出回路１５の検出結果に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させることを特徴とする。しかし、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいときには、電流検出回路１５の検出結果に係わらずＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。そのため、低電圧バッテリＢ１１に高電圧が加わって、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。そのため、サージ電圧に伴うＦＥＴ１３０、１３１の破損を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流用スイッチング素子を備えた電力変換装置に関する。

従来、整流用スイッチング素子を備えた電力変換装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されているスイッチング電源装置がある。

このスイッチング電源装置は、電力変換回路と、変圧器と、整流回路と、平滑回路と、電流検出部と、制御部とを備えている。

電力変換回路は、電力変換用スイッチング素子によって構成されている。整流回路は、整流用スイッチング素子によって構成されている。整流用スイッチング素子には、整流用ダイオードが並列接続されている。平滑回路は、コイルとコンデンサによって構成されている。電流検出部は、平滑回路と負荷の間に設けられている。

制御部は、電力変換用スイッチング素子を所定タイミングでスイッチングさせることで、バッテリから供給される直流を交流に変換して変圧器に供給する。また、電力変換用スイッチング素子に同期して整流用スイッチング素子をスイッチングさせることで、変圧器から供給される交流を整流用スイッチング素子によって整流し、直流に変換して平滑回路に供給する。平滑回路は、整流回路から供給される直流を平滑化して負荷に供給する。

電流検出部は、負荷に供給される電流、つまり、スイッチング電源装置の出力電流を検出する。制御部は、電流検出部の検出したスイッチング電源装置の出力電流が電流閾値以下のとき、整流用スイッチング素子を停止させ、変圧器から供給される交流を整流用ダイオードによって整流し、直流に変換して平滑回路に供給する。

特開２０１０−２１３３６６号公報

ところで、バッテリから供給される直流を降圧して負荷に供給する場合、変圧器の１次巻線の巻数が、２次巻線の巻数より多くなる。そのため、スイッチング電源装置の入力電流が、出力電流より小さくなる。この場合、電流検出部をバッテリと電力変換回路の間に設け、スイッチング電源装置の入力電流を検出した方が、電流検出部を小型化でき、かつ、電流検出部の損失を抑えることができる。電流検出部の検出結果と変圧器の巻数比から、負荷に供給される電流を求めることができるため、同様の制御を実現することができる。

しかし、電力変換用スイッチング素子のスイッチングの仕方によって、出力電流が流れていても、入力電流が流れない期間が発生する場合がある。そのため、入力電流が流れない期間、正確な出力電流を求めることができない。

ところで、負荷が低電圧バッテリであり、放電している場合、低電圧バッテリよりも電圧の高い高電圧バッテリを直接接続して低電圧バッテリを充電することがある。その際、スイッチング電源装置を接続したまま高電圧バッテリによって低電圧バッテリを充電すると、スイッチング電源装置に電流が逆流する。電流が逆流している状態で整流用スイッチング素子をオフすると、平滑回路のコイルや配線のインダクタンス成分に起因するサージ電圧が発生する。サージ電圧が整流用スイッチング素子の耐圧を超えると、整流用スイッチング素子が破損してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サージ電圧に伴う整流用スイッチング素子の破損を防止することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、電力変換用スイッチング素子を有し、入力端が直流電源に接続され、直流電源から供給される直流を交流に変換して出力端から出力する電力変換回路と、１次巻線と２次巻線を有し、１次巻線が電力変換回路の出力端に接続されるトランスと、整流用ダイオードが並列接続された整流用スイッチング素子を有し、入力端が２次巻線に接続されるとともに、出力端が負荷に接続され、２次巻線から供給される交流を直流に変換して負荷に出力する整流回路と、直流電源から電力変換回路、トランス、整流回路を経て負荷に至る経路内のいずれかを流れる電流を検出し、検出結果を出力する電流検出回路と、電力変換用スイッチング素子、整流用スイッチング素子及び電流検出回路に接続され、電流検出回路の検出した電流が電流閾値より大きいときには、整流用スイッチング素子を電力変換用スイッチング素子と同期してスイッチングさせ、電流検出回路の検出した電流が電流閾値以下のときには、整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させる制御回路と、を備えた電力変換装置において、制御回路は、負荷に加わる電圧に基づいて整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させることを特徴とする。

この構成によれば、負荷に高電圧が加わって、電力変換装置に電流が逆流するような状態で、整流用スイッチング素子をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。そのため、サージ電圧に伴う整流用スイッチング素子の破損を防止することができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。 図１に示す電圧判定回路の回路図である。 図１に示す電力変換装置の動作を説明するための各部の波形図である。 図１に示す電力変換装置の動作を説明するための各部の別の波形図である。 図１に示す電力変換装置において、充電用バッテリが接続された場合の回路図である。 図５に示す電力変換装置の動作を説明するための各部の波形図である。 図１に示す電圧判定回路の変形形態の回路図である。 図１に示す電圧判定回路の別形態の回路図である。 図１に示す電流検出回路の別形態の回路図である。 図１に示す電流検出回路のさらに別形態の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載された高電圧バッテリから、低電圧バッテリに電力を供給し、低電圧バッテリを充電する電力変換装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図１に示す電力変換装置１は、高電圧バッテリＢ１０（直流電源）から供給される直流を低電圧の直流に変換して、低電圧バッテリＢ１１（負荷）に供給し、低電圧バッテリＢ１１を充電する装置である。ここで、高電圧バッテリＢ１０は、主に車両駆動用モータに電力を供給するためのバッテリである。例えば、定格電圧が数百Ｖのバッテリである。低電圧バッテリＢ１１は、低電圧で動作する電装品に電力を供給するためのバッテリである。例えば、定格電圧が１２Ｖのバッテリである。電力変換装置１は、平滑用コンデンサ１０と、電力変換回路１１と、トランス１２と、整流回路１３と、平滑回路１４と、電流検出回路１５と、制御回路１６とを備えている。

平滑用コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を平滑化する素子である。平滑用コンデンサ１０の一端は高電圧バッテリＢ１０の正極端に、他端は高電圧バッテリＢ１０の負極端にそれぞれ接続されている。

電力変換回路１１は、平滑用コンデンサ１０によって平滑化された直流を交流に変換してトランス１２に供給する回路である。電力変換回路１１は、ＦＥＴ１１０〜１１３（電力変換用スイッチング素子）を備えている。

ＦＥＴ１１０〜１１３は、制御回路１６によって制御され、スイッチングすることで、平滑用コンデンサ１０によって平滑化された直流を交流に変換する素子である。ＦＥＴ１１０〜１１３は、ダイオード１１４〜１１７を有している。ダイオード１１４〜１１７は、ＦＥＴ１１０〜１１３に並列接続されている。具体的には、ダイオード１１４〜１１７のアノードがＦＥＴ１１０〜１１３のソースに、カソードがＦＥＴ１１０〜１１３のドレインにそれぞれ接続されている。

ＦＥＴ１１０、１１１及びＦＥＴ１１２、１１３はそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１１０のエミッタがＦＥＴ１１１のコレクタに、ＦＥＴ１１２のエミッタがＦＥＴ１１３のコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続されたＦＥＴ１１０、１１１及び直列接続されたＦＥＴ１１２、１１３は並列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１１０のコレクタとＦＥＴ１１２のコレクタが、ＦＥＴ１１１のエミッタとＦＥＴ１１３のエミッタがそれぞれ共通接続されている。共通接続されたＦＥＴ１１０、１１２のコレクタ、及び、共通接続されたＦＥＴ１１１、１１３のエミッタは、入力端を形成し平滑用コンデンサ１０の一端及び他端にそれぞれ接続されている。また、ＦＥＴ１１０、１１１の直列接続点及びＦＥＴ１１２、１１３の直列接続点は、出力端を形成しトランス１２にそれぞれ接続されている。さらに、ＦＥＴ１１０〜１１３のゲートは、制御回路１６にそれぞれ接続されている。

トランス１２は、電力変換回路１１から供給される交流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電圧の交流に変換して整流回路１３に供給する素子である。

トランス１２は、１次巻線１２０と、２次巻線１２１、１２２とを有している。１次巻線１２０の一端はＦＥＴ１１０、１１１の直列接続点に、他端はＦＥＴ１１２、１１３の直列接続点にそれぞれ接続されている。２次巻線１２１、１２２は直列接続されている。２次巻線１２１、１２２の直列接続点、２次巻線１２１の一端及び２次巻線１２２の一端は、整流回路１３にそれぞれ接続されている。

整流回路１３は、トランス１２の２次巻線１２１、１２２から供給される交流を整流し、直流に変換して平滑回路１４に供給する回路である。整流回路１３は、ＦＥＴ１３０、１３１（整流用スイッチング素子）を備えている。

ＦＥＴ１３０、１３１は、制御回路１６によって制御され、スイッチングすることで、２次巻線１２１、１２２から供給される交流を整流し、直流に変換する素子である。ＦＥＴ１３０、１３１は、ダイオード１３２、１３３（整流用ダイオード）を有している。ダイオード１３２、１３３は、ＦＥＴ１３０、１３１がスイッチングを停止したときに、２次巻線１２１、１２２から供給される交流を整流し、直流に変換する素子である。ダイオード１３２、１３３は、ＦＥＴ１３０、１３１に並列接続されている。具体的には、ダイオード１３２、１３３のアノードがＦＥＴ１３０、１３１のソースに、カソードがＦＥＴ１３０、１３１のドレインにそれぞれ接続されている。

ＦＥＴ１３０のソースは入力端を形成し２次巻線１２１一端に、ドレインは出力端を形成し平滑回路１４にそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３１のソースは入力端を形成し２次巻線１２２の一端に、ドレインは出力端を形成し平滑回路１４にそれぞれ接続されている。

また、２次巻線１２１、１２２の直列接続点は、配線を介して平滑回路１４に接続されている。配線の一端は入力端を形成し２次巻線１２１、１２２の直列接続点に、他端は出力端を形成し平滑回路１４にそれぞれ接続される。

平滑回路１４は、整流回路１３から供給される直流を平滑化して低電圧バッテリＢ１１に供給する回路である。平滑回路１４は、リアクトル１４０と、コンデンサ１４１とを備えている。リアクトル１４０の一端はＦＥＴ１３０、１３１のドレインに、他端は低電圧バッテリＢ１１の正極端にそれぞれ接続されている。コンデンサ１４１の一端は、リアクトル１４０の他端に接続されている。また、コンデンサ１４１の他端は、整流回路１３の配線の他端に接続され、配線を介して２次巻線１２１、１２２の直列接続点に接続されるとともに、低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。

電流検出回路１５は、高電圧バッテリＢ１０から電力変換回路１１に供給される、電力変換装置１の入力電流を検出し、検出結果を出力する回路である。電流検出回路１５は、カレントトランス１５０と、ダイオード１５１とを備えている。

カレントトランス１５０は、電力変換装置１の入力電流を、絶縁した状態で巻数比に応じた所定電流に変換して出力する素子である。カレントトランス１５０は、１次巻線１５０ａと、２次巻線１５０ｂとを有している。カレントトランス１５０は、高電圧バッテリＢ１０と電力変換回路１１の間に設けられている。１次巻線１５０ａの一端はＦＥＴ１１１、１１３のソースに、他端は平滑用コンデンサ１０の他端にそれぞれ接続されている。２次巻線１５０ｂの一端はスイッチング制御回路１６１に、他端はダイオード１５１にそれぞれ接続されている。

ダイオード１５１は、２次巻線１５０ｂの出力する電流を整流する素子である。ダイオード１５１のアノードは２次巻線１５０ｂの他端に、カソードはスイッチング制御回路１６１にそれぞれ接続されている。

制御回路１６は、電流検出回路１５の検出結果と、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧に基づいて、ＦＥＴ１１０〜１１３、１３０、１３１を制御する回路である。制御回路１６は、ＦＥＴ１１０〜１１３を所定タイミングでスイッチングさせることで、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換させる。そして、ＦＥＴ１３０、１３１を、それぞれＦＥＴ１１０、１１１に同期してスイッチングさせることで、２次巻線１２１、１２２から供給される交流をＦＥＴ１３０、１３１によって整流し、直流に変換させる。また、電流検出回路１５の検出結果と、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が所定条件を満たすときには、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させ、２次巻線１２１、１２２から供給される交流をダイオード１３２、１３３によって整流し、直流に変換させる。制御回路１６は、電圧判定回路１６０と、スイッチング制御回路１６１とを備えている。

電圧判定回路１６０は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいか否かを判定し、判定結果を出力する回路である。

ところで、電力変換装置１の出力電圧をＶｏ、外部インダクタンスをＬ、電力変換装置１の出力電圧上昇時における出力電流をＩｏとすると、Ｖｏ／Ｌ＝−（ｄＩｏ／ｄｉ）の関係がある。電力変換装置１の出力電圧Ｖｏが大きいほど、−（ｄＩｏ／ｄｔ）の値が大きくなる。つまり、電力変換装置１の出力電流Ｉｏの流れる方向に対して逆方向の電流の時間当たりの増加量が大きくなる。その結果、電力変換装置１に電流が逆流するまでの時間が早くなる。電圧閾値は、電力変換装置１の入力電流に基づいてＦＥＴ１３０、１３１をオフした場合であっても、電力変換装置１に電流が逆流することのないような値に設定されている。

図２に示すように、電圧判定回路１６０は、抵抗１６０ａ〜１６０ｃと、ツェナーダイオード１６０ｄと、トランジスタ１６０ｅとを備えている。ここで、電圧閾値は、低電圧バッテリＢ１１の電圧として許容される最大値より大きい値に設定されている。具体的には、ツェナーダイオード１６０ｄのツェナー電圧を利用して設定されている。

抵抗１６０ａ、ツェナーダイオード１６０ｄ及び抵抗１６０ｂは直列接続されている。具体的には、抵抗１６０ａの一端がツェナーダイオード１６０ｄのカソードに、抵抗１６０ｂの一端がツェナーダイオード１６０ｄのアノードにそれぞれ、接続されている。抵抗１６０ａの他端は低電圧バッテリＢ１１の正極端に、抵抗１６０ｂの他端は低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ、接続されている。トランジスタ１６０ｅのベースは、ツェナーダイオード１６０ｄと抵抗１６０ｂの直列接続点に接続されている。また、コレクタは抵抗１６０ｃを介して回路用電源に接続されるとともに、スイッチング制御回路１６１に接続され、エミッタは低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。ここで、ツェナーダイオード１６０ｄは、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きくなると、電流が流れて電圧を発生するようにツェナー電圧が設定されている。

低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下であると、ツェナーダイオード１６０ｄに電流が流れず、トランジスタ１６０ｅがオフする。その結果、電圧判定回路１６０は、ハイレベル信号を出力する。一方、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きくなると、ツェナーダイオード１６０ｄに電流が流れて電圧を発生し、トランジスタ１６０ｅがオンする。その結果、電圧判定回路１６０は、ローレベル信号を出力する。

図１に示すスイッチング制御回路１６１は、電流検出回路１５の検出結果と、電圧判定回路１６０の判定結果に基づいて、ＦＥＴ１１０〜１１３、１３０、１３１を制御する回路である。スイッチング制御回路１６１は、ＦＥＴ１１０〜１１３を所定タイミングでスイッチングさせることで、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流を交流に変換させる。そして、ＦＥＴ１３０、１３１を、それぞれＦＥＴ１１０、１１１に同期してスイッチングさせることで、２次巻線１２１、１２２から供給される交流をＦＥＴ１３０、１３１によって整流し、直流に変換させる。

また、スイッチング制御回路１６１は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下であると電圧判定回路１６０が判定したときには、電流検出回路１５の検出結果に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。具体的には、電流検出回路１５の検出した電力変換装置１の入力電流が電流閾値以下のときに、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。一方、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいと電圧判定回路１６０が判定したときには、電流検出回路１５の検出結果に係わらず、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。ここで、電流閾値は、ダイオード１３２、１３３によって整流する場合におけるダイオード１３２、１３３の損失が、ＦＥＴ１３０、１３１によって整流する場合におけるＦＥＴ１３０、１３１のオン損失と駆動損失の合計値より小さくなる電流値に設定されている。

スイッチング制御回路１６１は、ＦＥＴ１１０〜１１３、１３０、１３１のゲートにそれぞれ接続されている。また、２次巻線１５０ｂの一端及びダイオード１５１のカソードに接続されるとともに、図２に示すトランジスタ１６０ｅのコレクタにそれぞれ接続されている。

次に、図１〜図６を参照して第１実施形態の電力変換装置の動作について説明する。

図１に示すスイッチング制御回路１６１は、図３に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の間、ＦＥＴ１１０、１１３をオンさせる。その結果、図１に示す高電圧バッテリＢ１０の正極端から、ＦＥＴ１１０、１次巻線１２０、ＦＥＴ１１３、カレントトランス１５０の１次巻線１５０ａ、高電圧バッテリＢ１０に負極端に至る経路を電流が流れる。電流検出回路１５は、図３に示すように、電力変換装置１の入力電流を検出し検出結果を出力する。

その後、スイッチング制御回路１６１は、時刻ｔ２〜ｔ３の間、ＦＥＴ１１０、１１２をオンさせる。その結果、図１に示す１次巻線１２０の他端から、ＦＥＴ１１２、ＦＥＴ１１０、１次巻線１２０の一端に至る経路を電流が流れる。この間、カレントトランス１５０の１次巻線１５０ａに、電流は流れない。そのため、図３に示すように、電流検出回路１５の検出結果は０になる。

その後、スイッチング制御回路１６１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、ＦＥＴ１１１、１１２をオンさせる。その結果、図１に示す高電圧バッテリＢ１０の正極端から、ＦＥＴ１１２、１次巻線１２０、ＦＥＴ１１１、カレントトランス１５０の１次巻線１５０ａ、高電圧バッテリＢ１０の負極端に至る経路を電流が流れる。電流検出回路１５は、図３に示すように、電力変換装置１の入力電流を検出し、検出結果を出力する。

その後、スイッチング制御回路１６１は、時刻ｔ４〜ｔ５の間、ＦＥＴ１１１、１１３をオンさせる。その結果、図１に示す１次巻線１２０の一端から、ＦＥＴ１１１、ＦＥＴ１１３、１次巻線１２０の他端に至る経路を電流が流れる。この間、カレントトランス１５０の１次巻線１５０ａに、電流は流れない。そのため、図３に示すように、電流検出回路１５の検出結果は０になる。

そして、以降同様の動作を繰り返す。

図３に示すように、電力変換装置１が正常に動作している状態では、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が、電圧閾値より大きくなることはない。そのため、図２示すツェナーダイオード１６０ｄに電流が流れず、トランジスタ１６０ｅはオフする。その結果、電圧判定回路１６０は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下であることを示すハイレベル信号を出力する。

電圧判定回路１６０から、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下であることを示すハイレベル信号が入力されると、スイッチング制御回路１６１は、電力変換装置１の入力電流に基づいて、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させるか否かを判断する。

図３に示すように、ＦＥＴ１１２、１１３のスイッチングの切替わり時（時刻ｔ２、ｔ４等）に電流検出回路１５の検出した電力変換装置１の入力電流が電流閾値より大きい場合、スイッチング制御回路１６１は、ＦＥＴ１３０、１３１を、それぞれＦＥＴ１１０、１１１に同期してスイッチングさせる。その結果、２次巻線１２１、１２２から供給される交流が、ＦＥＴ１３０、１３１によって整流され、直流に変換される。その結果、リアクトル１４０に直流電流が流れる。

一方、図４に示すように、ＦＥＴ１１２、１１３のスイッチングの切替わり時（時刻ｔ２、ｔ４等）に電流検出回路１５の検出した電力変換装置１の入力電流が電流閾値以下である場合、スイッチング制御回路１６１は、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを、ＦＥＴ１１０、１１２に同期して停止させる。その結果、２次巻線１２１、１２２から供給される交流が、ダイオード１３２、１３３によって整流され、直流に変換される。その結果、リアクトル１４０に直流電流が流れる。

電流閾値は、ダイオード１３２、１３３によって整流する場合におけるダイオード１３２、１３３の損失が、ＦＥＴ１３０、１３１によって整流する場合におけるＦＥＴ１３０、１３１のオン損失と駆動損失の合計値より小さくなる電流値に設定されている。そのため、電力変換装置１の損失を抑えることができる。

図１に示す平滑回路１４は、整流回路１３から供給される直流を平滑化して低電圧バッテリＢ１１に供給する。

このようにして、高電圧バッテリＢ１０から供給される直流が低電圧の直流に変換され、低電圧バッテリＢ１１に供給され、低電圧バッテリＢ１１が充電される。

ところで、低電圧バッテリＢ１１が放電した場合、低電圧バッテリＢ１１よりも高い電圧の充電用バッテリＢ１２を直接接続して低電圧バッテリＢ１１を充電することがある。ここで、充電用バッテリＢ１２は、例えば、定格電圧が２４Ｖのバッテリである。

図５に示すように、電力変換装置１を接続したまま充電用バッテリＢ１２によって低電圧バッテリＢ１１を充電すると、電力変換装置１に電流が逆流してしまう。電流が逆流している状態でＦＥＴ１３０、１３１をオフすると、平滑回路１４のリアクトル１４０や配線のインダクタンス成分に起因するサージ電圧が発生する。サージ電圧がＦＥＴ１３０、１３１の耐圧を超えると、ＦＥＴ１３０、１３１が破損してしまう。

低電圧バッテリＢ１１に充電用バッテリＢ１２が接続されると、図６に示すように、充電用バッテリＢ１２が接続された時刻ｔ６で、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きくなる。そのため、図２に示すツェナーダイオード１６０ｄに電流が流れ、トランジスタ１６０ｅはオンする。その結果、電圧判定回路１６０は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいことを示すローレベル信号を出力する。

電圧判定回路１６０から、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいことを示すローレベル信号が入力されると、スイッチング制御回路１６１は、図６に示すように、電流検出回路１５の検出結果に係わらず、ＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを、ＦＥＴ１１０、１１２に同期させることなく直ちに停止させる。そのため、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。従って、サージ電圧に伴うＦＥＴ１３０、１３１の破損を防止することができる。

次に、第１実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。そのため、低電圧バッテリＢ１１に高電圧が加わって、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。従って、サージ電圧に伴うＦＥＴ１３０、１３１の破損を防止することができる。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きいときには、電流検出回路１５の検出結果に係わらずＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。そのため、低電圧バッテリＢ１１に高電圧が加わって、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を確実に抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下のときには、電流検出回路１５の検出結果に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させる。そのため、電力変換装置１の損失を抑えることができる。

第１実施形態によれば、電圧判定回路１６０は、ツェナーダイオード１６０ｄを備えている。ツェナーダイオード１６０ｄは、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きくなると、電流が流れて電圧を発生するようにツェナー電圧が設定されている。そのため、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値より大きくなるまで電流が流れない。そのため、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧が電圧閾値以下の場合、暗電流を抑えることができる。従って、電圧判定回路１６０の損失を抑えることができる。

第１実施形態によれば、電流検出回路１５は、カレントトランス１５０を有している。そのため、電流を電圧に変換する際の損失を抑えることができる。従って、電流検出回路１５の損失を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、電圧判定回路１６０が、抵抗１６０ａ〜１６０ｃ、ツェナーダイオード１６０ｄ及びトランジスタ１６０ｅによって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図７に示すように、トランジスタ１６０ｅの代りに、ＦＥＴ１６０ｆを用いてもよい。ＦＥＴ１６０ｆのゲートは、ツェナーダイオード１６０ｄと抵抗１６０ｂの直列接続点に接続されている。また、ドレインは抵抗１６０ｃを介して回路用電源に接続されるとともに、スイッチング制御回路１６１に接続され、ソースは低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。この場合も同様の効果を得ることができる。

また、図８に示すように、電圧判定回路１６０は、抵抗１６０ｇ、１６０ｈと、コンパレータ１６０ｉと、基準電源１６０ｊとで構成してもよい。抵抗１６０ｇ、１６０ｈは直列接続されている。抵抗１６０ｇの一端は低電圧バッテリＢ１１の正極端に、抵抗１６０ｈの一端は低電圧バッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。コンパレータ１６０ｉの非反転入力端は抵抗１６０ｇ、１６０ｈの直列接続点に、反転入力端子は電圧閾値に相当する基準電圧を出力する基準電源１６０ｊに、出力端はスイッチング制御回路１６１にそれぞれ接続されている。直列接続された抵抗１６０ｇ、１６０ｈによって低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧を分圧し、コンパレータ１６０ｉによって基準電圧と比較する。そして、比較結果を判定結果としてスイッチング制御回路１６１に出力する。直列接続された抵抗１６０ｇ、１６０ｈに常時電流が流れて損失が発生し、コンパレータが必要なため部品点数が増加してしまうが、判定精度を向上させることができる。

また、第１実施形態では、電力を供給する対象が低電圧バッテリＢ１１である例を挙げているが、これに限られるものではない。電力を供給する対象は、電装品等の電子装置であってもよい。電装品に対して、電圧の高いバッテリを誤って直接接続してしまう場合も想定される。そのような場合にも、同様の効果を得ることができる。

さらに、第１実施形態では、電流検出回路１５が、高電圧バッテリＢ１０から電力変換回路１１に供給される電流を検出する例を挙げているが、これに限られるものではない。電流検出回路１５は、整流回路１３から低電圧バッテリＢ１１に供給される電流を検出する回路であってもよい。検出結果を変換することで、高電圧バッテリＢ１０から電力変換回路１１に供給される電流を求めることができる。

例えば、図９に示すように、電流検出回路１５は、抵抗１５２と、差動増幅器１５３とによって構成されていてもよい。抵抗１５２は、リアクトル１４０の他端と低電圧バッテリＢ１１の正極端の間に接続されている。差動増幅器１５３の入力端は、抵抗１５２の一端及び他端に接続され、出力端はスイッチング制御回路１６１に接続されている。抵抗１５２に電流が流れると端子間に電圧が生ずる。差動増幅１５３は、抵抗１５２の端子間電圧を所定電圧に増幅してスイッチング制御回路１６１に出力する。これにより、整流回路１３から低電圧バッテリＢ１１に供給される電流を電圧に変換してスイッチング制御回路１６１に出力することができる。この場合、検出結果を所定電圧に変換するため、処理時間がかかってしまう。しかし、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させるため、低電圧バッテリＢ１１に高電圧が加わって、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。従って、サージ電圧に伴うＦＥＴ１３０、１３１の破損を防止することができる。

また、図１０に示すように、電流検出回路１５は、ホール素子を有する電流センサ１５４によって構成されていてもよい。電流センサ１５４は、リアクトル１４０の他端と低電圧バッテリＢ１１の正極端の間に接続されている。電流センサ１５４の出力端は、スイッチング制御回路１６１に接続されている。整流回路１３から低電圧バッテリＢ１１に電流が流れると、その電流に応じた磁束が生じる。その磁束をホール素子が検出し、最終的に電圧に変換して出力する。この場合も、検出結果を所定電圧に変換するため、処理時間がかかってしまう。しかし、低電圧バッテリＢ１１に加わる電圧に基づいてＦＥＴ１３０、１３１のスイッチングを停止させるため、低電圧バッテリＢ１１に高電圧が加わって、電力変換装置１に電流が逆流するような状態で、ＦＥＴ１３０、１３１をオフさせるような事態の発生を抑えることができる。従って、サージ電圧に伴うＦＥＴ１３０、１３１の破損を防止することができる。

さらに、電流検出回路１５は、トランス１２の１次巻線１２０や２次巻線１２１、１２２に流れる電流を検出する回路であってもよい。高電圧バッテリＢ１０から平滑用コンデンサ１０、電力変換回路１１、トランス１２、整流回路１３、平滑回路１４を経て低電圧バッテリＢ１１に至る経路内のいずれかを流れる電流を検出する回路であればよい。

１・・・電力変換装置、１１・・・電力変換回路、１１０〜１１３・・・ＦＥＴ（電力変換用スイッチング素子）、１２・・・トランス、１３・・・整流回路、１３０、１３１・・・ＦＥＴ（整流用スイッチング素子）、１３２、１３３・・・ダイオード（整流用ダイオード）、１５・・・電流検出回路、１５０・・・カレントトランス、１６・・・制御回路、１６０・・・電圧判定回路、１６０ｄ・・・ツェナーダイオード、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ（直流電源）、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ（負荷）、Ｂ１２・・・充電用バッテリ

Claims (6)

1. 電力変換用スイッチング素子を有し、入力端が直流電源に接続され、前記直流電源から供給される直流を交流に変換して出力端から出力する電力変換回路（１１）と、
   １次巻線と２次巻線を有し、前記１次巻線が前記電力変換回路の出力端に接続されるトランス（１２）と、
   整流用ダイオードが並列接続された整流用スイッチング素子を有し、入力端が前記２次巻線に接続されるとともに、出力端が負荷に接続され、前記２次巻線から供給される交流を直流に変換して前記負荷に出力する整流回路（１３）と、
   前記直流電源から前記電力変換回路、前記トランス、前記整流回路を経て前記負荷に至る経路内のいずれかを流れる電流を検出し、検出結果を出力する電流検出回路（１５）と、
   前記電力変換用スイッチング素子、前記整流用スイッチング素子及び前記電流検出回路に接続され、前記電流検出回路の検出した電流が電流閾値より大きいときには、前記整流用スイッチング素子を前記電力変換用スイッチング素子と同期してスイッチングさせ、前記電流検出回路の検出した電流が電流閾値以下のときには、前記整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させる制御回路（１６）と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記制御回路は、前記負荷に加わる電圧に基づいて前記整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御回路は、前記負荷に加わる電圧が電圧閾値より大きいときには、前記電流検出回路の検出結果に係わらず前記整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御回路は、前記負荷に加わる電圧が電圧閾値以下のときには、前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記整流用スイッチング素子のスイッチングを停止させることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御回路は、前記負荷に接続され、前記負荷に加わる電圧が電圧閾値より大きいか否かを判定し、判定結果を出力する電圧判定回路（１６０）を有し、
   前記電圧判定回路は、所定電圧より大きい電圧が加わったときに電流が流れて電圧を発生するツェナーダイオード（１６０ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記電流検出回路は、前記直流電源と前記電力変換回路の間に設けられ、前記直流電源から前記電力変換回路に供給される電流を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記電流検出回路は、カレントトランス（１５０）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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