JP2017175749A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するコンデンサ間の過電流を防止しながら、各コンデンサの両端電圧を安全に揃えることができるＤＣ／ＤＣコンバータを得る。
【解決手段】複数のスイッチング素子２ａ〜２ｄと、リアクトルＬと、低圧側コンデンサ３と、高圧側コンデンサ４と、充放電コンデンサ５と、前記スイッチング素子を駆動制御する制御手段６とを備えたＤＣ／ＤＣコンバータ５０において、制御手段６は、少なくとも１つのスイッチング素子のデューティー比を０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、該期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。

従来のＤＣ／ＤＣコンバータとして、端子群とリアクトルとスイッチング素子直列回路と充放電コンデンサと平滑コンデンサとを有し、端子群は第１、第２、第３、第４の端子を有し、スイッチング素子直列回路は第１、第２、第３、第４のスイッチング素子が直列に接続されたものがある。第２及び第３のスイッチング素子の接続点がリアクトルを介して第１の端子に接続され、第１のスイッチング素子の第２のスイッチング素子との接続点との反対側が第２の端子に接続され、充放電コンデンサが第１及び第２のスイッチング素子との接続点と第３及び第４のスイッチング素子との接続点との間に接続され、スイッチング素子直列回路に平滑コンデンサが並列に接続されるとともにスイッチング素子直列回路が第３及び第４の端子に接続され、第１及び第２の端子が低圧側とされ、第３及び第４の端子が高圧側とされ、低圧側と高圧側との間で直流電圧の変換を行っている。制御装置は、第１の演算手段と第２の演算手段と開閉制御手段とを有している。第１の演算手段は高圧側の電圧指令値である高圧側電圧指令値と高圧側の電圧の検出値である高圧側電圧検出値との差電圧または低圧側の電圧指令値である低圧側電圧指令値と低圧側の電圧の検出値である低圧側電圧検出値との差電圧に基づいて第１の演算値を算出している。第２の演算手段は充放電コンデンサの電圧指令値と充放電コンデンサの電圧検出値との差電圧に基づいて第２の演算値を演算している。開閉制御手段は第１の演算値と第２の演算値とに基づいて通電率を求め、この通電率に基づき上記第１、第２、第３、第４のスイッチング素子の開閉動作を制御するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の別例によるＤＣ／ＤＣコンバータとして、コイルに接続される少なくとも二つのスイッチング素子を備え、制御回路によってその二つのスイッチング素子を互いに反転動作させることにより直流電力変換を行う非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、制御回路は、動作開始時に、スイッチング素子の一方のオンデューティ時間を徐々に増加させるソフトスタート制御を行うと共に、このソフトスタート制御中は他方のスイッチング素子をオフするものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第５４５７５５９号公報 特許第３５０１２２６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたＤＣ／ＤＣコンバータでは、第１のスイッチング素子のゲート信号と第２のスイッチング素子のゲート信号の位相差を１８０°に、第１のスイッチング素子のゲート信号と第４のスイッチング素子のゲート信号を相補関係に、第２のスイッチング素子のゲート信号と第３のスイッチング素子のゲート信号を相補関係にそれぞれ制御するため、第１および第３のスイッチング素子のデューティー比を共に１とすることができず、低圧側コンデンサの両端電圧と充放電コンデンサの両端電圧とを揃えることができなかった。また、昇圧動作中に、高圧側電圧指令値が低圧側電圧程度の低い値に急変したような場合、第３および第４のスイッチング素子のデューティー比が急激に大きくなるため、低圧側コンデンサと高圧側コンデンサとの間に、両者の両端電圧の差に応じた過電流を伴いながら、低圧側電圧と高圧側電圧とが揃うことになる。したがって、このような場合、過電流によるスイッチング素子やコンデンサの破壊、そしてリアクトルの劣化の恐れがあった。すなわち、過電流が流れることなく安全に、低圧側コンデンサと高圧側コンデンサの両端電圧とを揃えることができなかった。

また、上記特許文献２に記載されたＤＣ／ＤＣコンバータでは、コイルに接続されるスイッチング素子をソフトスタートさせるため、上記特許文献２に記載されているようなＤＣ／ＤＣコンバータに該ソフトスタートを適用すると、ソフトスタート期間においてＣｉ電圧（ＶＣｉ）とＣｆ電圧（ＶＣｆ）に変化は生じず、その後、通常動作に移行しスイッチング素子Ｓ１がオンになると、ＶＣｉとＶＣｆの差分に応じた過電流がＣｉ→Ｌ→Ｓ３→Ｃｆ→Ｓ１の経路で流れ、過電流によるスイッチング素子やコンデンサの破壊、そしてリアクトルの劣化の恐れがあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するコンデンサ間の過電流を防止しながら、各コンデンサの両端電圧を安全に揃えることを目的とする。

この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、複数のスイッチング素子と、リアクトルと、低圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと、充放電コンデンサと、スイッチング素子を駆動制御する制御手段とを備え、複数のスイッチング素子として、第１端が低圧側コンデンサの負極に接続される第１スイッチング素子と、第１端が第１スイッチング素子の第２端に接続され、第２端がリアクトルを介して低圧側コンデンサの正極に接続された第２スイッチング素子と、第１端が第２スイッチング素子の第２端に接続された第３スイッチング素子と、第１端が第３スイッチング素子の第２端に接続されており、第２端が高圧側コンデンサの正極に接続された第４スイッチング素子とを備え、充放電コンデンサは第１、第２スイッチング素子の接続点と第３、第４スイッチング素子の接続点との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、制御手段は、少なくとも１つのスイッチング素子のデューティー比を０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、ソフトスタート制御の期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることで、低圧側コンデンサの両端電圧と充放電コンデンサの両端電圧、もしくは低圧側コンデンサの両端電圧と高圧側コンデンサの両端電圧を揃える。

この発明のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、コンデンサ間の過電流を防止しながら、各コンデンサの両端電圧を安全に揃えることができる。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。

この発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるソフトスタート制御を実施する制御手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおける別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。 この発明の実施の形態２に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるソフトスタート制御を実施する制御手段の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について、図を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１を説明するためのＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換装置）５０は、リアクトル１と、第１の半導体スイッチング素子２ａと第２の半導体スイッチング素子２ｂと第３の半導体スイッチング素子２ｃと第４の半導体スイッチング素子２ｄから成る半導体モジュール２と、低圧側コンデンサ３と、高圧側コンデンサ４と、充放電コンデンサ５と、第１の半導体スイッチング素子２ａと第２の半導体スイッチング素子２ｂと第３の半導体スイッチング素子２ｃと第４の半導体スイッチング素子２ｄを制御する制御手段６から構成される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の低圧側（Ｐ１−Ｎ１間）には高圧バッテリー５１を、高圧側（Ｐ２−Ｎ２間）には電動機５２をそれぞれ接続している。なお、各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄは、例えば、それぞれＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、それに逆並列に接続されたダイオードで構成される。

図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、低圧側と高圧側との間で双方向の電力変換が可能な双方向型のものであり、低圧側の端子であるＰ１−Ｎ１間に入力された入力電圧（低圧側電圧）Ｖ１を、Ｖ１以上の電圧に昇圧し、昇圧後の出力電圧（高圧側電圧）Ｖ２を高圧側の端子であるＰ２−Ｎ２間に出力するものであるなお、以下の説明では、電圧Ｖ１、Ｖ２のことを単にＶ１、Ｖ２とも記載する。第１の半導体スイッチング素子２ａは一端が低圧側コンデンサ３の負極側端子に接続される。第２の半導体スイッチング素子２ｂは一端が第１の半導体スイッチング素子２ａの他端に接続され、他端がリアクトル１を介して低圧側コンデンサ３の正極側端子に接続される。第３の半導体スイッチング素子２ｃは一端が第２の半導体スイッチング素子２ｂの他端に接続される。第４の半導体スイッチング素子２ｄは一端が第３の半導体スイッチング素子２ｃの他端に接続され、他端が高圧側コンデンサ４の正極側端子に接続される。さらに、充放電コンデンサ５は一端が第１の半導体スイッチング素子２ａと第２の半導体スイッチング素子２ｂとの中間接続点に接続され、他端が第３の半導体スイッチング素子２ｃと第４の半導体スイッチング素子２ｄとの中間接続点に接続される。

低圧側コンデンサ３はＶ１を平滑化する。リアクトル１はエネルギー蓄積用である。半導体モジュール２および充放電コンデンサ５はＶ１をＶ２まで昇圧する。なお、半導体モジュール２の各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄは、この実施の形態においてはゲート信号がハイ（Ｈ）の時にオンする。高圧側コンデンサ４はＶ２を平滑化する。制御手段６は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのゲート信号を生成し、各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをオン、オフ動作させる。

図２は、この発明の実施の形態１のソフトスタート制御を実施する制御手段のブロック図である。図２に示したように、制御手段６は、デューティー生成器６０１と、三角波生成器６０２と、比較器６０３、比較器６０４、比較器６０５、比較器６０６から構成される。デューティー生成器６０１は、デューティー比Ｄ１〜Ｄ４を生成する。三角波生成器６０２は、三角波ＴＷ１〜ＴＷ４を生成する。ここで、三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の周波数は、ソフトスタート制御を行わない通常運転時と同様の値とする。また、三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の位相差を０°とする。ゲート信号Ｇ１は、デューティー比Ｄ１と三角波ＴＷ１を比較器６０３により比較することで生成される。ここで、デューティー比Ｄ１はソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１をかけて線形的に０から１に変化する。したがって、ゲート信号Ｇ１は、ロー（Ｌ）レベル（オフ）とハイ（Ｈ）レベル（オン）を交互に繰り返し、なおかつ、オン時間が徐々に長くなる波形となる。また、ゲート信号Ｇ２は、デューティー比Ｄ２と三角波ＴＷ２を比較器６０４により比較することで生成される。そして、ゲート信号Ｇ３は、デューティー比Ｄ３と三角波ＴＷ３を比較器６０５により比較することで生成される。さらに、ゲート信号Ｇ４は、デューティー比Ｄ４と三角波ＴＷ４を比較器６０６により比較することで生成される。ここで、デューティー比Ｄ２〜Ｄ４は常に０とする。したがって、ゲート信号Ｇ２〜Ｇ４は、常にロー（Ｌ）レベル（オフ）となる。

図３は、この発明の実施の形態１のソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図３（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図３（ｂ）はＶ１とＶ０（充放電コンデンサの両端電圧である中間電圧）とＶ２を示すタイミングチャートである。図３（ａ）に示した通り、時刻ｔ＝０からソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１の間（第１ソフトスタート期間）において、半導体スイッチング素子２ａのゲート信号Ｇ１を０％から１００％まで徐々に変化させるソフトスタート制御を行い、ソフトスタート制御を行わない半導体スイッチング素子２ｂ〜２ｄのゲート信号Ｇ２〜Ｇ４をオフする。図３（ｂ）に示した通り、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ１＝Ｖｂａｔ＞Ｖ０とすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ１がオンした場合に、低圧側コンデンサ３（バッテリーＣ１）→リアクトル１（Ｌ）→半導体スイッチング素子２ｃ（Ｓ３）→充放電コンデンサ５（Ｃ０）→半導体スイッチング素子２ａ（Ｓ１）の経路で電流が流れ、Ｖ０が上昇し、徐々にＶ１＝Ｖ０＝Ｖｂａｔに収束する。ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１については、定格電流の最も小さい構成部品が破壊することのないよう、コンデンサ間に流れる電流が該部品の定格電流未満となるように、予めシミュレーション等により決定しておく。なお、コンデンサ間の電位差に比例して流れる電流が大きくなるため、想定される最大電位差の条件の基、シミュレーション等により、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１を算出しておくと良い。

制御手段は、少なくとも１つのスイッチング素子のデューティー比を０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、ソフトスタート制御を行うこの期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることで、低圧側コンデンサの両端電圧と充放電コンデンサの両端電圧、もしくは低圧側コンデンサの両端電圧と高圧側コンデンサの両端電圧を揃える。以下に説明する実施の形態でも同様である。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＞中間電圧Ｖ０の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と充放電コンデンサ５（Ｃ０）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ０を安全に揃えることができる。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。

また、図４は、この発明の実施の形態１による別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図４（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図４（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図４（ａ）に示した通り、時刻ｔ＝０からソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１の間（第１ソフトスタート期間）において、制御手段６により、デューティー生成器６０１から生成されるデューティー比Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４をそれぞれ常に０とし、デューティー比Ｄ３をソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１をかけて線形的に０から１に変化させ、半導体スイッチング素子２ｃのゲート信号Ｇ３を０％から１００％まで徐々に変化させるソフトスタート制御を行い、半導体スイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｄのゲート信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４をオフする。なお、三角波生成器６０２から生成される三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の周波数は、ソフトスタート制御を行わない通常運転時と同様の値とする。また、図４（ｂ）に示した通り、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔとすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３がオンした場合に、Ｓ１→Ｃ０→半導体スイッチング素子２ｃ（Ｓ３）→Ｌ→低圧側コンデンサ（バッテリーＣ１）の経路で電流が流れ、Ｖ０が下降し、徐々にＶ１＝Ｖ０＝Ｖｂａｔに収束する。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＜中間電圧Ｖ０の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と充放電コンデンサ５（Ｃ０）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ０を安全に揃えることができる。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。

また、図５は、この発明の実施の形態１によるさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図５（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図５（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図５（ａ）に示した通り、時刻ｔ＝０からソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１の間（第１ソフトスタート期間）において、制御手段６により、デューティー生成器６０１から生成されるデューティー比Ｄ２、Ｄ４をそれぞれ常に０とし、デューティー比Ｄ１、Ｄ３をソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１をかけて線形的に０から１に変化させ、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃのゲート信号Ｇ１、Ｇ３を０％から１００％まで徐々に変化させるソフトスタート制御を行い、半導体スイッチング素子２ｂ、２ｄのゲート信号Ｇ２、Ｇ４をオフする。なお、三角波生成器６０２から生成される三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の周波数は、ソフトスタート制御を行わない通常運転時と同様の値とする。また、図５（ｂ）に示した通り、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ１＝Ｖｂａｔ＞Ｖ０とすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ１がオンしたタイミングで、バッテリー（Ｃ１）→Ｌ→Ｓ３→Ｃ０→Ｓ１の経路で電流が流れ、Ｖ０が上昇し、徐々にＶ１＝Ｖ０＝Ｖｂａｔに収束する。また、図示していないが、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔとすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３がオンしたタイミングで、Ｓ１→Ｃ０→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ０が下降し、徐々にＶ１＝Ｖ０＝Ｖｂａｔに収束する。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＞中間電圧Ｖ０あるいは低圧側電圧Ｖ１＜中間電圧Ｖ０の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と充放電コンデンサ５（Ｃ０）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ０を安全に揃えることができる。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。なお、後述する図７に示すスイッチングパターンを適用しても良い。

また、図６は、この発明の実施の形態１のさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図６（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図６（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図６（ａ）に示した通り、時刻ｔ＝０からソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１の間（第１ソフトスタート期間）において、制御手段６により、デューティー生成器６０１から生成されるデューティー比Ｄ１、Ｄ２をそれぞれ常に０とし、デューティー比Ｄ３、Ｄ４をソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１をかけて線形的に０から１に変化させ、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのゲート信号Ｇ３、Ｇ４を０％から１００％まで徐々に変化させるソフトスタート制御を行い、半導体スイッチング素子２ａ、２ｂのゲート信号Ｇ１、Ｇ２をオフする。なお、三角波生成器６０２から生成される三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の周波数は、ソフトスタート制御を行わない通常運転時と同様の値とする。また、図６（ｂ）に示した通り、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔとすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４がオンした場合に、高圧側コンデンサ４（Ｃ２）→半導体スイッチング素子２ｄ（Ｓ４）→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ２が下降し、徐々にＶ２＝Ｖ０に収束する。その後、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４がオンした場合に、Ｃ２（Ｃ０）→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ２とＶ０が共に下降し、徐々にＶ２＝Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束する。すなわち、ソフトスタート制御によりコンデンサ間の過電流を防止しながら、Ｖ１、Ｖ０、Ｖ２を安全に揃えることができる。また、Ｖ１＝Ｖ２の状態となるため、安全に直結状態（低圧側電圧をそのまま高圧側に印加する状態）に移行することができる。また、図示していないが、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ１＝Ｖｂａｔ＞Ｖ０とすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４がＯＮした場合に、Ｃ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の順に電流が流れ、Ｖ２が下降し、徐々にＶ２＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束する。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＜高圧側電圧Ｖ２の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と高圧側コンデンサ４（Ｃ２）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ２を安全に揃えることができる。すなわち、ソフトスタート制御によりコンデンサ間の過電流を防止しつつ、Ｖ１、Ｖ２を安全に揃えることができる（安全に直結状態に移行できる）。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。

また、図７は、この発明の実施の形態１のさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図７（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図７（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図７（ａ）に示した通り、時刻ｔ＝０からソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１の間（第１ソフトスタート期間）において、制御手段６により、デューティー生成器６０１から生成されるデューティー比Ｄ１、Ｄ２をそれぞれ常に０とし、デューティー比Ｄ３、Ｄ４をソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１をかけて線形的に０から１に変化させ、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのゲート信号Ｇ３、Ｇ４を位相差１８０°にて０％から１００％まで徐々に変化させるソフトスタート制御を行い、半導体スイッチング素子２ａ、２ｂのゲート信号Ｇ１、Ｇ２をオフする。ここで、三角波生成器６０２から生成される三角波ＴＷ１〜ＴＷ４の周波数は、ソフトスタート制御を行わない通常運転時と同様の値とする。なお、三角波ＴＷ１〜ＴＷ３に対する三角波ＴＷ４の位相差を１８０°とする。また、図７（ｂ）に示した通り、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔとすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３がオンした場合にＳ１→Ｃ０→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、ゲート信号Ｇ４がオンした場合にＣ２→Ｓ４→Ｃ０→半導体スイッチング素子２ｂ（Ｓ２）→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ２およびＶ０が下降し、徐々にＶ２＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束する。

ここで、リアクトル１を流れる電流ＩＬは式（１）で表わすことができる。ＶＬはリアクトル１の両端電圧、Ｌはリアクトル１のインダクタンス、Ｄは半導体スイッチング素子のデューティー比、Ｔ１は半導体スイッチング素子のスイッチング周期をそれぞれ表す。

前述の通り、ゲート信号Ｇ３がオンした場合には、Ｓ１→Ｃ０→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れるため、リアクトルの両端電圧ＶＬは、Ｖ１−Ｖ０となる。また、ゲート信号Ｇ４がＯＮした場合には、Ｃ２→Ｓ４→Ｃ０→Ｓ２→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れるため、リアクトルの両端電圧ＶＬは、Ｖ１−（Ｖ２−Ｖ０）となる。一方、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４の位相差が０°の場合は、Ｃ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れるため、リアクトルの両端電圧ＶＬは、Ｖ１−Ｖ２となる。ここで、Ｖ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔの関係であり、例えば、Ｖ１＝Ｖｂａｔ＝２００Ｖ、Ｖ０＝３００Ｖ、Ｖ２＝６００Ｖと仮定すると、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４の位相差が１８０°の場合は、ゲート信号Ｇ３がオンした際には、ＶＬ＝Ｖ１−Ｖ０＝２００−３００＝−１００Ｖ、ゲート信号Ｇ４がオンした際には、ＶＬ＝Ｖ１−（Ｖ２−Ｖ０）＝２００−（６００−３００）＝−１００Ｖとなり、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４の位相差が０°の場合は、ＶＬ＝Ｖ１−Ｖ２＝２００−６００＝−４００Ｖとなる。したがって、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４の位相差が１８０°の場合の方が、両者の位相差が０°の場合と比較して、リアクトルの両端電圧を小さくすることができる。すなわち、式（１）より、リアクトル電流ＩＬ、インダクタンスＬ、スイッチング周期Ｔ１を一定とすると、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４の位相差が１８０°の場合の方が、両者の位相差が０°の場合と比較して、半導体スイッチング素子のデューティー比Ｄを大きくすることができる。したがって、デューティー比Ｄを０から１に変化させる傾きを大きくすることができるため、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１を短縮し、各電圧値を早く揃えることができる。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＜高圧側電圧Ｖ２の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と高圧側コンデンサ４（Ｃ２）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ２を安全に揃えることができる（安全に直結状態に移行できる）。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コストを実現できる。さらに、ゲート信号Ｇ３とＧ４の位相差が１８０°であるため、コンデンサ間を流れる電流が小さくなり、ソフトスタート時間を短縮することができる。

また、図８は、この発明の実施の形態１のさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図８（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図８（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。このスイッチングパターンの特徴は、第１ソフトスタート期間の後に、ソフトスタート時間がＴｓｏｆｔ２である第２ソフトスタート期間を設けている点である。ここでは、第１ソフトスタート期間と第２ソフトスタート期間の間に、デューティー比Ｄ１〜Ｄ４を変更するための期間として、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４をロー（L）レベル（オフ）とする制御ＯＦＦ期間を設ける。例えば
、制御ＯＦＦ期間は１０ｍｓとする。第１ソフトスタート期間の各波形は図５と同様であり、ゲート信号Ｇ１とＧ３のソフトスタート制御を位相差０°にて行うことにより、徐々にＶ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束させる。第２ソフトスタート期間の各波形は図６と同様であり、ゲート信号Ｇ３とＧ４のソフトスタート制御を位相差０°にて行うことにより、徐々にＶ２＝Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束させる。なお、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ２については、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１と同じように決定しておく。

このように、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをソフトスタート制御することにより、低圧側電圧Ｖ１＞中間電圧Ｖ０あるいは低圧側電圧Ｖ１＜中間電圧Ｖ０の場合に、低圧側コンデンサ３（Ｃ１）と充放電コンデンサ５（Ｃ０）との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ０を安全に揃えることができる。そして、その後、低圧側電圧Ｖ１＜高圧側電圧Ｖ２の場合に、低圧側コンデンサＣ１と充放電コンデンサＣ２との間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、Ｖ１とＶ２を安全に揃えることができる（安全に直結状態に移行できる）。さらに、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。なお、図８に示したスイッチングパターンに対して、図７に示したような、ゲート信号Ｇ３とＧ４の位相差を１８０°ずらす方法を適用することにより、第２ソフトスタート期間のソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ２を短縮できることは言うまでもない。また、第１ソフトスタート期間と第２ソフトスタート期間の間に制御ＯＦＦ期間を設けたが、該期間を設けず、第１ソフトスタート期間終了直後の制御タイミングでデューティー比Ｄ１〜Ｄ４を変更しても良い。

また、図９は、この発明の実施の形態１のさらに別のスイッチングパターンによるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図９（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図９（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図９（ａ）は、図６（ａ）に示したタイミングチャートのスイッチング周期Ｔ１をＴ２へと短くしたものである。制御手段６により、三角波生成器６０２から生成される三角波ＴＷ３、ＴＷ４の周波数を通常運転時の周波数よりも高くすることにより、該スイッチング周期Ｔ１をＴ２へと短くし、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのスイッチング周波数を高くしている。また、図９（ｂ）に示したように、図６（ｂ）と同様、高圧バッテリー５１の両端電圧Ｖｂａｔ、ｔ＝０での各電圧値をＶ２＞Ｖ０＞Ｖ１＝Ｖｂａｔとすると、ソフトスタート制御の開始と共に、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４がＯＮした場合に、Ｃ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ２が下降し、徐々にＶ２＝Ｖ０に収束する。その後、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４がオンした場合に、Ｃ２（Ｃ０）→Ｓ３→Ｌ→バッテリー（Ｃ１）の経路で電流が流れ、Ｖ２とＶ０が共に下降し、徐々にＶ２＝Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔに収束する。

ここで、式（１）において、リアクトル両端電圧ＶＬ、インダクタンスＬ、デューティー比Ｄを一定とすると、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのスイッチング周波数を高くすることにより、リアクトル電流ＩＬを小さくすることができる。したがって、リアクトル電流ＩＬをＤＣ／ＤＣコンバータの構成部品による電流閾値で固定した場合、デューテ
ィー比Ｄを大きくすることができる。すなわち、デューティー比Ｄを０から１に変化させる傾きを大きくすることができるため、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１を短縮し、各電圧を早く揃えることができる。なお、ここでは、一例として、図６に示したスイッチングパターンに対してスイッチング周波数を高くしたが、図３〜５、７、８に示したスイッチングパターンに適用した場合でも、ソフトスタート時間を短縮し、各電圧を早く揃えることができることは言うまでもない。

以上のようにして、この実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータでは、少なくとも１つの半導体スイッチング素子を予め決定された所定のスイッチングパターンで０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、該期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることにより、コンデンサ間に流れる過電流を防止しながら、電圧センサレスで、各コンデンサの両端電圧を安全に揃えることができる。また、過電流を防止することで各構成要素の小型化が図れ、装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。また、ソフトスタート制御を行う２つの半導体スイッチング素子のゲート信号の位相差を１８０°とすることにより、ソフトスタート時間を短縮することができる。そして、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることにより、ソフトスタート時間をさらに短縮することができる。すなわち、各コンデンサの両端電圧を早く揃えることができる。

なお、図２に制御手段６のブロック図を示したが、本ブロック図によるゲート信号生成方法は本発明を限定するものではなく、一例を記載しており、少なくとも１つの半導体スイッチング素子のオン時間を０％から１００％へ徐々に変化させ、該期間においてソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることができる構成であればその他の構成でも構わない。例えば、制御手段６を構成するデューティー生成器６０１で生成される各デューティー比は０から１まで直線的に変化するような線形波形ではなく、例えば、コンデンサと抵抗の定数で決定されるような積分波形を用いても構わない。

また、図７に示したような、ソフトスタート制御する２つのスイッチング素子のゲート信号の位相差を１８０°とする手法を図５に示したスイッチングパターンに適用しても良い。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。
図１０は、この発明の実施の形態２を説明するためのＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図１０では、図１で示した実施の形態１での回路図に、高圧側電圧Ｖ２を検出するための電圧センサ７、中間電圧Ｖ０を検出するための電圧センサ８、低圧側電圧Ｖ１を検出するための電圧センサ９を追加している。電圧センサの追加以外は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

制御手段６の構成は図２に示した実施の形態１の構成と同様である。ここでは、制御手段６は、デューティー生成器６０１と三角波生成器６０２により、図８（ａ）で示した第１スイッチング期間と第２スイッチング期間を設けるようなスイッチングパターンを出力する例を説明する。制御手段６は、第１ソフトスタート期間では、リアクトル１のインダクタンス、定格電流の最も小さい構成部品の定格電流閾値、電圧センサ９による検出電圧Ｖ１＿ｓｅｎと電圧センサ８による検出電圧Ｖ０＿ｓｅｎとの差分、スイッチング周期に基づき、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃのデューティー比Ｄ１、Ｄ３を、第２ソフトスタート期間では、リアクトル１のインダクタンス、定格電流の最も小さい構成部品の定格電流閾値、電圧センサ７による検出電圧Ｖ２＿ｓｅｎと電圧センサ９による検出電圧Ｖ１＿ｓｅｎとの差分、スイッチング周期に基づき、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのデューティー比Ｄ３、Ｄ４を、それぞれ逐一演算する。

図１１は、この発明の実施の形態２のソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図１１（ａ）は各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのスイッチングパターンを示すタイミングチャートであり、図１１（ｂ）はＶ１とＶ０とＶ２を示すタイミングチャートである。図１１（ａ）、（ｂ）共に、図８に示した実施の形態１のものと類似しているが、上述の通り、半導体スイッチング素子のデューティー比を、定格電流閾値を超過しない該閾値直近の値となるように逐一演算するため、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１およびＴｓｏｆｔ２を、図８で示したソフトスタート時間と比較して短縮することができる。すなわち、各電圧を早く揃えることができる。

なお、ここでは、一例として、図８に示したスイッチングパターンに対する適用例を示したが、図３〜６に示したスイッチングパターンに適用した場合でも、各電圧を早く揃えられることは言うまでもない。

また、図９に示したように、第１ソフトスタート期間または第２ソフトスタート期間の少なくとも一方での半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることにより、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ１またはソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔ２の少なくとも一方を短縮することができる。すなわち、各電圧を早く揃えることができる。さらに、図３〜６に示したスイッチングパターンに対してスイッチング周波数を高くし、ソフトスタート時間を短縮しても良い。

なお、第１ソフトスタート期間と第２ソフトスタート期間の間に制御ＯＦＦ期間を設けたが、該期間を設けず、第１ソフトスタート期間終了直後の制御タイミングでデューティー比Ｄ１〜Ｄ４を変更しても良い。

以上のようにして、この実施の形態２に係るＤＣ／ＤＣコンバータでは、実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにさらに、低圧側コンデンサの両端電圧Ｖ１を測定する電圧センサと、高圧側コンデンサの両端電圧Ｖ２を測定する電圧センサと、充放電コンデンサの両端電圧Ｖ０を測定する電圧センサを備え、少なくとも１つの半導体スイッチング素子を電圧センサの検出値に基づいて決定されるスイッチングパターンで０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、該期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることにより、実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータよりもソフトスタート時間を短縮することができる。すなわち、各電圧を早く揃えることができる。

なお、この実施の形態２に係るＤＣ／ＤＣコンバータに対して、実施の形態１に示したような、少なくとも１つの半導体スイッチング素子を予め決定された所定のスイッチングパターンで０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行う場合、例えば、図８に示したスイッチングパターンでソフトスタート制御を行う場合、第１ソフトスタート期間において、Ｖ１＝Ｖ０に揃えて、例えば、各電圧センサの検出値の電位差の絶対値｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ０＿ｓｅｎ｜を計算した結果、所定の電圧閾値を超過した場合には電圧センサ８あるいは電圧センサ９のどちらかが故障、所定の電圧閾値未満の場合には電圧センサ８および電圧センサ９の両方ともが正常と判断することにより、電圧センサ８と電圧センサ９の故障を診断できる。さらに、第２ソフトスタート期間において、Ｖ１＝Ｖ２に揃えて、例えば、各電圧センサの検出値の絶対値｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ２＿ｓｅｎ｜を計算することにより、上記と同様に、電圧センサ７と電圧センサ９の故障を診断できる。すなわち、実施の形態１での効果に加えて、各電圧センサの故障を診断できる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。回路構成は、図１０に示した実施の形態２の構成と同様であるため説明を省略する。

制御手段６の構成は図２に示した実施の形態１の構成と同様である。ここでは、制御手段６は、デューティー生成器６０１と三角波生成器６０２により、図８（ａ）で示した第１スイッチング期間と第２スイッチング期間を設けるようなスイッチングパターンを出力する例を説明する。

図１２は、この発明の実施の形態３のソフトスタート制御を実施する制御手段の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示した２ａ〜２ｄは、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄのことである。まず、ステップＳ１０１において、条件Ａ：｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ０＿ｓｅｎ｜を計算し、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃのソフトスタートを実施するか否かを決定する。該値がＶｔｈ１を超過する場合はステップＳ１０２（ソフトスタートを実施）へ、Ｖｔｈ１以下となる場合はステップＳ１０３（ソフトスタート非実施）へ進む。ここで、Ｖ１＿ｓｅｎは電圧センサ９による検出電圧、Ｖ０＿ｓｅｎは電圧センサ８による検出電圧、Ｖｔｈ１は電圧閾値１を示す。Ｖｔｈ１については、デューティー比Ｄ１、Ｄ３が１００％の場合に、定格電流の最も小さい構成部品が破壊することなく、コンデンサ間に流れる電流が該部品の定格電流未満となるように、予めシミュレーション等により決定しておくと良い。ステップＳ１０２では、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃをソフトスタート制御し、半導体スイッチング素子２ｂ、２ｄをオフとする（条件Ｂ）。なお、スイッチングパターンについては、実施の形態１で示した図８（ａ）と同様とする。ステップＳ１０３では、ソフトスタート制御を行わず、デューティー生成器６０１により生成されるデューティー比Ｄ１、Ｄ３を常に１とすることで、ゲート信号Ｇ１、Ｇ３を常にＨレベルとし、半導体スイッチング素子２ａ、２ｃを常にオンとする（条件Ｃ）。半導体スイッチング素子２ｂ、２ｄについてはステップＳ１０２と同様、常にオフとする（条件Ｃ）。ステップＳ１０４では、再度、条件Ｄ：｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ０＿ｓｅｎ｜を計算し、Ｖｔｈ２未満となる場合はステップＳ１０５へ、Ｖｔｈ１を超過する場合はステップＳ１０４を繰り返す。ここで、条件ＤはＶ１＿ｓｅｎとＶ０＿ｓｅｎがどの程度揃っているのかを確認するための条件式である。Ｖｔｈ２は電圧閾値２を示し、電圧センサ８、電圧センサ９の誤差を基に決定すると良い。ステップＳ１０５では、半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄを、例えば１０ｍｓ間、一旦オフする（条件Ｅ）。ステップＳ１０６では、｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ２＿ｓｅｎ｜を計算し、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄのソフトスタート制御を実施するか否かを決定する（条件Ｆ）。該値がＶｔｈ３を超過する場合はステップＳ１０７（ソフトスタート制御を実施）へ、Ｖｔｈ３以下となる場合はステップＳ１０８（ソフトスタート制御を非実施）へ進む。ここで、Ｖ１＿ｓｅｎは電圧センサ９による検出電圧、Ｖ２＿ｓｅｎは電圧センサ７による検出電圧、Ｖｔｈ３は電圧閾値３を示す。Ｖｔｈ３については、デューティー比Ｄ３、Ｄ４が１００％の場合に、定格電流の最も小さい構成部品が破壊することなく、コンデンサ間に流れる電流が該部品の定格電流未満となるように、予めシミュレーション等により決定しておくと良い。ステップＳ１０７では、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄをソフトスタート制御し、半導体スイッチング素子２ａ、２ｂをオフとする（条件Ｇ）。なお、スイッチングパターンについては、実施の形態１で示した図８（ａ）と同様とする。ステップＳ１０８では、ソフトスタート制御を行わず、デューティー生成器６０１により生成されるデューティー比Ｄ３、Ｄ４を常に１とすることで、ゲート信号Ｇ３、Ｇ４を常にＨレベルとし、半導体スイッチング素子２ｃ、２ｄを常にオンとする（条件Ｈ）。半導体スイッチング素子２ａ、２ｂについてはステップＳ１０７と同様、常にオフとする（条件Ｈ）。ステップＳ１０９では、再度、条件Ｉ：｜Ｖ１＿ｓｅｎ−Ｖ２＿ｓｅｎ｜を計算し、Ｖｔｈ４未満となる場合は一連の動作を終了し、Ｖｔｈ４を超過する場合はステップＳ１０９を繰り返す。ここで、条件ＩはＶ１＿ｓｅｎとＶ２＿ｓｅｎがどの程度揃っているのかを確認するための条件式である。Ｖｔｈ４は電圧閾値４を示し、電圧センサ７、電圧センサ９の誤差を基に決定すると良い。ここでは、条件Ｄ（ステップＳ１０４）と条件Ｆ（ステップＳ１０６）の間に制御ＯＦＦ期間である条件Ｅ（ステップＳ１０５）を設けたが、該期間を設けず、条件Ｄ（ステップＳ１０４）の後に条件Ｆ（ステップＳ１０６）に移行しても良い。

なお、図１２に基づいたソフトスタート制御を行う際の各電圧Ｖ１、Ｖ０、Ｖ２の変化については、ｔ＝０での各電圧値がＶ２＞Ｖ１＝Ｖｂａｔ＞Ｖ０であり、条件ＡおよびＦが成立する場合は、図８（ｂ）と同様となる。条件Ａが不成立の場合はＶ１とＶ０が瞬時に揃い、条件Ｆが不成立の場合はＶ１とＶ２が瞬時に揃うこととなる。したがって、実施の形態１で示したＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、この実施の形態３で示したＤＣ／ＤＣコンバータでは、条件Ａ、条件Ｆにおいて各電圧センサの検出値の差異が小さい場合にソフトスタート時間を短縮することができる。

さらに、条件Ｄが成立する場合には電圧センサ８および電圧センサ９の両方ともが正常、また、ある繰り返し回数が過ぎた後も条件Ｄが不成立となる場合には電圧センサ８あるいは電圧センサ９のどちらかが故障と判定することにより、電圧センサ８と電圧センサ９の故障を診断できる。さらに、条件Ｉが成立する場合には電圧センサ７および電圧センサ９の両方ともが正常、また、ある繰り返し回数が過ぎた後も条件Ｉが不成立となる場合には電圧センサ７あるいは電圧センサ９のどちらかが故障と判定することにより、電圧センサ７と電圧センサ９の故障を診断できる。

なお、図１２では、図８（ａ）に示したようなスイッチングパターンを得る場合のフローチャートを示したが、図３（ａ）〜図７（ａ）のスイッチングパターンに対しても適用した場合でも、各電圧センサの検出値の差異が小さい場合にソフトスタート時間を短縮することができること、電圧センサの故障を診断できることは言うまでもない。

また、図９に示したように、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることにより、ソフトスタート時間を短縮することができる。すなわち、各電圧を早く揃えることができる。

以上のようにして、この実施の形態３に係るＤＣ／ＤＣコンバータでは、実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータにさらに、低圧側コンデンサの両端電圧を測定する電圧センサと、高圧側コンデンサの両端電圧を測定する電圧センサと、充放電コンデンサの両端電圧Ｖ０を測定する電圧センサを備え、各電圧センサの検出値に基づき、ソフトスタート制御の実施または非実施を決定することにより、実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣコンバータよりもソフトスタート時間を短縮することができる。すなわち、各電圧を早く揃えることができる。さらに、各電圧センサの検出値を比較することにより、各電圧センサの故障を診断できる。

なお、実施の形態３で示した、各電圧センサの検出値に基づき、ソフトスタート制御の実施または非実施を決定するようなＤＣ／ＤＣコンバータを、実施の形態２で示した、各電圧センサの検出値に基づいて決定されるスイッチングパターンで動作させることも可能である。この場合、図１２で示したステップＳ１０２（条件Ｂ）およびステップＳ１０７（条件Ｇ）に要する時間を短縮できるため、実施の形態３で要するソフトスタート時間をさらに短縮可能となる。

また、図１０に示したＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、実施の形態１で示したような、電圧センサの情報を使用せず、予め決定された所定のスイッチングパターンでソフトスタート制御することも可能である。この場合、各電圧を安全に揃えることができ、さらに、各電圧センサの故障を診断することができる。

そして、上記各実施の形態では、各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄをＩＧＢＴとダイオードにより構成した例として説明したが、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴやＪＦＥＴ等としてもよい。ＭＯＳＦＥＴを用いる場合は、ダイオードの代わりにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用してもよい。また、各半導体スイッチング素子２ａ〜２ｄは、シリコンに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドによって形成してもよい。

なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは言うまでもなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。

１ リアクトル、２ 半導体モジュール、２ａ 第１の半導体スイッチング素子、２ｂ 第２の半導体スイッチング素子、２ｃ 第３の半導体スイッチング素子、２ｄ 第４の半導体スイッチング素子、３ 低圧側コンデンサ、４ 高圧側コンデンサ、５ 充放電コンデンサ、６ 制御手段、７，８，９ 電圧センサ

Claims (12)

1. 複数のスイッチング素子と、リアクトルと、低圧側コンデンサと、高圧側コンデンサと、充放電コンデンサと、前記スイッチング素子を駆動制御する制御手段とを備え、
   前記複数のスイッチング素子として、第１端が前記低圧側コンデンサの負極に接続される第１スイッチング素子と、第１端が前記第１スイッチング素子の第２端に接続され、第２端が前記リアクトルを介して前記低圧側コンデンサの正極に接続された第２スイッチング素子と、第１端が前記第２スイッチング素子の第２端に接続された第３スイッチング素子と、第１端が前記第３スイッチング素子の第２端に接続されており、第２端が前記高圧側コンデンサの正極に接続された第４スイッチング素子とを備え、
   前記充放電コンデンサは前記第１、第２スイッチング素子の接続点と前記第３、第４スイッチング素子の接続点との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
   前記制御手段は、少なくとも１つのスイッチング素子のデューティー比を０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を行うと共に、ソフトスタート制御の期間ではソフトスタート制御を行わないスイッチング素子をオフすることで、前記低圧側コンデンサの両端電圧と前記充放電コンデンサの両端電圧、もしくは前記低圧側コンデンサの両端電圧と前記高圧側コンデンサの両端電圧を揃えることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記制御手段は、前記第３のスイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記制御手段は、前記第１および第３のスイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 前記制御手段は、前記第３および第４のスイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 前記制御手段は、１回目のソフトスタート制御が終了した後、前記第３および第４のスイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
7. 前記制御手段は、ソフトスタート制御する２つのスイッチング素子のゲート信号の位相差を１８０°とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 前記制御手段は、予め決定された所定のスイッチングパターンで、スイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
9. 前記低圧側コンデンサの両端電圧Ｖ１を測定する第１の電圧センサと、前記高圧側コンデンサの両端電圧Ｖ２を測定する第２の電圧センサと、前記充放電コンデンサの両端電圧Ｖ０を測定する第３の電圧センサを備え、前記制御手段は、予め決定された所定のスイッチングパターンで、スイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
10. 前記低圧側コンデンサの両端電圧Ｖ１を測定する第１の電圧センサと、前記高圧側コンデンサの両端電圧Ｖ２を測定する第２の電圧センサと、前記充放電コンデンサの両端電圧Ｖ０を測定する第３の電圧センサを備え、前記制御手段は、前記電圧センサの検出値に基づいて決定されたスイッチングパターンで、スイッチング素子をソフトスタート制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
11. 前記制御手段は、前記電圧センサの検出値に基づき、ソフトスタート制御の実施または非実施を決定することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
12. 前記制御手段は、通常運転時の周波数よりも高い周波数でソフトスタート制御することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

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