JP5807667B2 - 電力変換装置及び電力補正方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置及び電力補正方法に関する。
従来、１次側変換回路と、１次側変換回路と変圧器で磁気結合する２次側変換回路との間で伝送される伝送電力を、１次側変換回路のスイッチングと２次側変換回路のスイッチングとの位相差に応じて調整する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１１−１９３７１３号公報
しかしながら、変圧器等の磁気素子の回路定数と１次側変換回路等のスイッチングタイミングとは、ばらつきやすいため、伝送電力を、所望の値に近づけることが難しい。
そこで、高精度な電力伝送を行うことを目的とする。
上記目的を達成するため、一態様によれば、
１次側回路と、前記１次側回路とリアクトルを介して接続され且つ変圧器で磁気結合する２次側回路との間で伝送され、前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差に応じて調整される伝送電力を補正する、電力補正方法であって、
前記１次側回路の負極母線と接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタをオンさせるスイッチングステップと、
前記２次側回路の負極母線と正極母線との間に、所定の電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記２次側回路の正極母線と接続される第３のトランジスタ、及び前記第３のトランジスタに前記リアクトルを介して接続され且つ前記２次側回路の負極母線と接続される第４のトランジスタをオンさせるスイッチングステップと、
前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタをオンさせてから、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに電流が流れ始めるまでの遅延時間を計測する遅延時間計測ステップと、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに流れる電流の傾きを計測する傾き計測ステップと、
前記遅延時間の計測値及び前記傾きの計測値に応じて、前記伝送電力を補正する補正ステップと、を有する、電力補正方法が提供される。
一態様によれば、高精度な電力伝送を行うことができる。
電力変換装置の構成例を示した図 制御部の構成例を示したブロック図 １次側回路及び２次側回路のスイッチング例を示したタイミングチャート 電力補正方法の一例を示した図 電力補正方法の一例を示した図
＜電源装置１０１の構成＞
図１は、電力変換装置の実施形態である電源装置１０１の構成例を示したブロック図である。電源装置１０１は、例えば、電源回路１０と、制御部５０と、センサ部７０とを備えた電源システムである。電源装置１０１は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車載の各負荷に配電するシステムである。このような車両の具体例として、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車などが挙げられる。
電源装置１０１は、例えば、１次側高電圧系負荷６１ａが接続される第１入出力ポート６０ａと、１次側低電圧系負荷６１ｃ及び１次側低電圧系電源６２ｃが接続される第２入出力ポート６０ｃとを、１次側ポートとして有している。１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系）で動作する１次側低電圧系負荷６１ｃに電力を供給する。また、１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと異なる電圧系（例えば、１２Ｖ系よりも高い４８Ｖ系）で動作する１次側高電圧系負荷６１ａに、電源回路１０に構成される１次側変換回路２０によって昇圧された電力を供給する。１次側低電圧系電源６２ｃの具体例として、鉛バッテリ等の二次電池が挙げられる。
電源装置１０１は、例えば、２次側高電圧系負荷６１ｂ及び２次側高電圧系電源６２ｂが接続される第３入出力ポート６０ｂと、２次側低電圧系負荷６１ｄが接続される第４入出力ポート６０ｄとを、２次側ポートとして有している。２次側高電圧系電源６２ｂは、２次側高電圧系電源６２ｂと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系及び４８Ｖ系よりも高い２８８Ｖ系）で動作する２次側高電圧系負荷６１ｂに電力を供給する。また、２次側高電圧系電源６２ｂは、２次側高電圧系電源６２ｂと異なる電圧系（例えば、２８８Ｖ系よりも低い７２Ｖ系）で動作する２次側低電圧系負荷６１ｄに、電源回路１０に構成される２次側変換回路３０によって降圧された電力を供給する。２次側高電圧系電源６２ｂの具体例として、リチウムイオン電池等の二次電池が挙げられる。
電源回路１０は、上述の４つの入出力ポートを有し、それらの４つの入出力ポートのうちから任意の２つの入出力ポートが選択され、当該２つの入出力ポートの間で電力変換を行う機能を有する電力変換回路である。なお、電源回路１０を備えた電源装置１０１は、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートを有し、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートのうちどの２つの入出力ポート間でも電力を変換することが可能な装置でもよい。例えば、電源回路１０は、第４入出力ポート６０ｄが無い３つの入出力ポートを有する回路でもよい。
ポート電力Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｂ，Ｐｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電力（入力電力又は出力電力）である。ポート電圧Ｖａ，Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電圧（入力電圧又は出力電圧）である。ポート電流Ｉａ，Ｉｃ，Ｉｂ，Ｉｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電流（入力電流又は出力電流）である。
電源回路１０は、第１入出力ポート６０ａに設けられるキャパシタＣ１と、第２入出力ポート６０ｃに設けられるキャパシタＣ３と、第３入出力ポート６０ｂに設けられるキャパシタＣ２と、第４入出力ポート６０ｄに設けられるキャパシタＣ４とを備えている。キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の具体例として、フィルムコンデンサ、アルミニウム電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、固体高分子コンデンサなどが挙げられる。
キャパシタＣ１は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ３は、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ２は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。キャパシタＣ４は、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。
キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、電源回路１０の内部に設けられてもよいし、電源回路１０の外部に設けられてもよい。
電源回路１０は、１次側変換回路２０と、２次側変換回路３０とを含んで構成された電力変換回路である。なお、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０とは、１次側磁気結合リアクトル２０４及び２次側磁気結合リアクトル３０４を介して接続され、且つ、変圧器４００（センタータップ式変圧器）で磁気結合されている。第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃから構成される１次側ポートと、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄから構成される２次側ポートとは、変圧器４００を介して接続されている。
１次側変換回路２０は、１次側フルブリッジ回路２００と、第１入出力ポート６０ａと、第２入出力ポート６０ｃとを含んで構成された１次側回路である。１次側フルブリッジ回路２００は、変圧器４００の１次側コイル２０２と、１次側磁気結合リアクトル２０４と、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを含んで構成された１次側電力変換部である。ここで、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。
１次側フルブリッジ回路２００は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３に接続される１次側正極母線２９８と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４に接続される１次側負極母線２９９とを有している。
１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１とを直列接続した１次側第１アーム回路２０７が取り付けられている。１次側第１アーム回路２０７は、１次側第１上アームＵ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第１電力変換回路部（１次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを直列接続した１次側第２アーム回路２１１が１次側第１アーム回路２０７と並列に取り付けられている。１次側第２アーム回路２１１は、１次側第２上アームＶ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第２電力変換回路部（１次側Ｖ相電力変換回路部）である。
１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍを接続するブリッジ部分には、１次側コイル２０２と１次側磁気結合リアクトル２０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍには、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第１リアクトル２０４ａの一方端が接続される。そして、１次側第１リアクトル２０４ａの他方端には、１次側コイル２０２の一方端が接続される。さらに、１次側コイル２０２の他方端には、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第２リアクトル２０４ｂの一方端が接続される。それから、１次側第２リアクトル２０４ｂの他方端が１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。なお、１次側磁気結合リアクトル２０４は、１次側第１リアクトル２０４ａと、１次側第１リアクトル２０４ａと結合係数ｋ１で磁気結合する１次側第２リアクトル２０４ｂとを含んで構成される。
中点２０７ｍは、１次側第１上アームＵ１と１次側第１下アーム／Ｕ１との間の１次側第１中間ノードであり、中点２１１ｍは、１次側第２上アームＶ１と１次側第２下アーム／Ｖ１との間の１次側第２中間ノードである。
第１入出力ポート６０ａは、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間に設けられるポートである。第１入出力ポート６０ａは、端子６１３と端子６１４とを含んで構成される。第２入出力ポート６０ｃは、１次側負極母線２９９と１次側コイル２０２のセンタータップ２０２ｍとの間に設けられるポートである。第２入出力ポート６０ｃは、端子６１４と端子６１６とを含んで構成される。
センタータップ２０２ｍは、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６に接続されている。センタータップ２０２ｍは、１次側コイル２０２に構成される１次側第１巻線２０２ａと１次側第２巻線２０２ｂとの中間接続点である。
２次側変換回路３０は、２次側フルブリッジ回路３００と、第３入出力ポート６０ｂと、第４入出力ポート６０ｄとを含んで構成された２次側回路である。２次側フルブリッジ回路３００は、変圧器４００の２次側コイル３０２と、２次側磁気結合リアクトル３０４と、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを含んで構成された２次側電力変換部である。ここで、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。
２次側フルブリッジ回路３００は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８に接続される２次側正極母線３９８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０に接続される２次側負極母線３９９とを有している。
２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２とを直列接続した２次側第１アーム回路３０７が取り付けられている。２次側第１アーム回路３０７は、２次側第１上アームＵ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第１電力変換回路部（２次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを直列接続した２次側第２アーム回路３１１が２次側第１アーム回路３０７と並列に取り付けられている。２次側第２アーム回路３１１は、２次側第２上アームＶ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第２電力変換回路部（２次側Ｖ相電力変換回路部）である。
２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍと２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍを接続するブリッジ部分には、２次側コイル３０２と２次側磁気結合リアクトル３０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍには、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第１リアクトル３０４ａの一方端が接続される。そして、２次側第１リアクトル３０４ａの他方端には、２次側コイル３０２の一方端が接続される。さらに、２次側コイル３０２の他方端には、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第２リアクトル３０４ｂの一方端が接続される。それから、２次側第２リアクトル３０４ｂの他方端が２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍに接続される。なお、２次側磁気結合リアクトル３０４は、２次側第１リアクトル３０４ａと、２次側第１リアクトル３０４ａと結合係数ｋ２で磁気結合する２次側第２リアクトル３０４ｂとを含んで構成される。
中点３０７ｍは、２次側第１上アームＵ２と２次側第１下アーム／Ｕ２との間の２次側第１中間ノードであり、中点３１１ｍは、２次側第２上アームＶ２と２次側第２下アーム／Ｖ２との間の２次側第２中間ノードである。
第３入出力ポート６０ｂは、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間に設けられるポートである。第３入出力ポート６０ｂは、端子６１８と端子６２０とを含んで構成される。第４入出力ポート６０ｄは、２次側負極母線３９９と２次側コイル３０２のセンタータップ３０２ｍとの間に設けられるポートである。第４入出力ポート６０ｄは、端子６２０と端子６２２とを含んで構成される。
センタータップ３０２ｍは、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２に接続されている。センタータップ３０２ｍは、２次側コイル３０２に構成される２次側第１巻線３０２ａと２次側第２巻線３０２ｂとの中間接続点である。
図１において、電源装置１０１は、センサ部７０を備えている。センサ部７０は、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙを所定の検出周期で検出し、その検出した入出力値Ｙに対応する検出値Ｙｄを制御部５０に対して出力する検出手段である。検出値Ｙｄは、入出力電圧を検出して得られた検出電圧でもよいし、入出力電流を検出して得られた検出電流でもよいし、入出力電力を検出して得られた検出電力でもよい。センサ部７０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。
センサ部７０は、例えば、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートに生ずる入出力電圧を検出する電圧検出部を有している。センサ部７０は、例えば、入出力電圧Ｖａと入出力電圧Ｖｃの少なくとも一方の検出電圧を１次側電圧検出値として出力する１次側電圧検出部と、入出力電圧Ｖｂと入出力電圧Ｖｄの少なくとも一方の検出電圧を２次側電圧検出値として出力する２次側電圧検出部とを有している。
センサ部７０の電圧検出部は、例えば、少なくとも一つのポートの入出力電圧値をモニタする電圧センサと、該電圧センサによってモニタされた入出力電圧値に対応する検出電圧を制御部５０に対して出力する電圧検出回路とを有している。
センサ部７０は、例えば、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートに流れる入出力電流を検出する電流検出部を有している。センサ部７０は、例えば、入出力電流Ｉａと入出力電流Ｉｃの少なくとも一方の検出電流を１次側電流検出値として出力する１次側電流検出部と、入出力電流Ｉｂと入出力電流Ｉｄの少なくとも一方の検出電流を２次側電流検出値として出力する２次側電流検出部とを有している。
センサ部７０の電流検出部は、例えば、少なくとも一つのポートの入出力電流値をモニタする電流センサと、該電流センサによってモニタされた入出力電流値に対応する検出電流を制御部５０に対して出力する電流検出回路とを有している。
電源装置１０１は、制御部５０を備えている。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。制御部５０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。
制御部５０は、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙの検出値Ｙｄが、該ポートに設定された目標値Ｙｏに収束するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。目標値Ｙｏは、例えば、各入出力ポートに接続される負荷（例えば、１次側低電圧系負荷６１ｃ等）毎に規定される駆動条件に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。目標値Ｙｏは、電力がポートから出力されるときには出力目標値として機能し、電力がポートに入力されるときには入力目標値として機能し、目標電圧値でもよいし、目標電流値でもよいし、目標電力値でもよい。
また、制御部５０は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間で変圧器４００を介して伝送される伝送電力Ｐが、設定された目標伝送電力Ｐｏに収束するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。伝送電力は、電力伝送量とも呼ばれる。目標伝送電力Ｐｏは、例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。
制御部５０は、所定の制御パラメータＸの値を変化させることによって、電源回路１０で行われる電力変換動作をフィードバック制御し、電源回路１０の第１乃至第４の各入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄにおける入出力値Ｙを調整できる。主な制御パラメータＸとして、位相差φ、デューティ比Ｄ（オン時間δ）、等価インダクタンスＬ、等の制御変数が挙げられる。
位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。デューティ比Ｄ（オン時間δ）は、１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００に構成される各電力変換回路部でのスイッチング波形のデューティ比（オン時間）である。
等価インダクタンスＬは、磁気素子の漏れインダクタンスにより求められ、１次側磁気結合リアクトル２０４の漏れインダクタンス、２次側磁気結合リアクトルの漏れインダクタンス、変圧器４００の漏れインダクタンスを合成した合成インダクタンスである。
これらの制御パラメータＸは、互いに独立に制御されることが可能である。制御部５０は、位相差φ、等価インダクタンスＬ、デューティ比Ｄ（オン時間δ）等を用いた１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００の、位相制御及び／又は等価インダクタンス制御及び／又はデューティ比制御等によって、電源回路１０の各入出力ポートにおける入出力値Ｙを変化させる。
図２は、制御部５０のブロック図である。制御部５０は、１次側変換回路２０の１次側第１上アームＵ１等の各スイッチング素子と２次側変換回路３０の２次側第１上アームＵ２等の各スイッチング素子のスイッチング制御を行う機能を有する制御部である。制御部５０は、電力変換モード決定処理部５０２と、位相差φ決定処理部５０４と、オン時間δ決定処理部５０６と、１次側スイッチング処理部５０８と、２次側スイッチング処理部５１０等を含んで構成される。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。
電力変換モード決定処理部５０２は、例えば、所定の外部信号（例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差を表す信号）に基づいて、次に述べる電源回路１０の電力変換モードＡ〜Ｌの中から動作モードを選択して決定する。電力変換モードは、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＡと、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＢと、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＣがある。
そして、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＤと、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＥと、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＦがある。
さらに、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＧと、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＨと、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＩがある。
それから、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＪと、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＫと、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＬがある。
位相差φ決定処理部５０４は、電源回路１０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを設定する機能を有する。
オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０をそれぞれ昇降圧回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０のスイッチング素子のオン時間δを設定する機能を有する。
１次側スイッチング処理部５０８は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。
２次側スイッチング処理部５１０は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。
制御部５０が含む処理部は、上述の電力変換モード決定処理部５０２、位相差φ決定処理部５０４、オン時間δ決定処理部５０６、１次側スイッチング処理部５０８、２次側スイッチング処理部５１０に限定されない。詳細は後述するが、例えば、制御部５０は、各入出力ポート（例えば、第１入出力ポート６０ａ、第２入出力ポート６０ｃ、第３入出力ポート６０ｂ、第４入出力ポート６０ｄ）に所定の電圧を印加する電圧印加処理部、遅延時間を計測する遅延時間計測処理部、各スイッチング素子に流れる電流の傾きを計測する傾き計測処理部、等価インダクタンスを算出する算出処理部等を含んでいても良い。つまり、制御部５０は、伝送電力を制御するために必要とされる様々な処理を行うことが可能である。
＜電源装置１０１の動作＞
上記電源装置１０１の動作について、図１及び図２を用いて説明する。例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合には、制御部５０の電力変換モード決定処理部５０２は、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして決定する。このとき、第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧が１次側変換回路２０の昇圧機能によって昇圧され、その昇圧された電圧の電力が電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能によって第３入出力ポート６０ｂ側へと伝送され、さらに、２次側変換回路３０の降圧機能によって降圧されて第４入出力ポート６０ｄから出力される。
ここで、１次側変換回路２０の昇降圧機能について詳細に説明する。第２入出力ポート６０ｃと第１入出力ポート６０ａについて着目すると、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第１巻線２０２ａと、１次側第１巻線２０２ａに直列接続される１次側第１リアクトル２０４ａを介して、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍに接続される。そして、１次側第１アーム回路２０７の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には昇降圧回路が取り付けられていることとなる。
さらに、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第２巻線２０２ｂと、１次側第２巻線２０２ｂに直列接続される１次側第２リアクトル２０４ｂを介して、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。そして、１次側第２アーム回路２１１の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には、昇降圧回路が並列に取り付けられていることとなる。なお、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０とほぼ同様の構成を有する回路であるため、第４入出力ポート６０ｄの端子６２２と第３入出力ポート６０ｂとの間には、２つの昇降圧回路が並列に接続されていることとなる。したがって、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０と同様に昇降圧機能を有する。
次に、電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能について詳細に説明する。第１入出力ポート６０ａと第３入出力ポート６０ｂについて着目すると、第１入出力ポート６０ａには、１次側フルブリッジ回路２００が接続され、第３入出力ポート６０ｂは、２次側フルブリッジ回路３００が接続されている。そして、１次側フルブリッジ回路２００のブリッジ部分に設けられる１次側コイル２０２と、２次側フルブリッジ回路３００のブリッジ部分に設けられる２次側コイル３０２とが結合係数ｋＴで磁気結合することで、変圧器４００が巻き数１：Ｎのセンタータップ式変圧器として機能する。したがって、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを調整することで、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂに伝送させ、あるいは、第３入出力ポート６０ｂに入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａに伝送させることができる。
図３は、制御部５０の制御によって、電源回路１０に構成される各アームのオンオフのスイッチング波形のタイミングチャートを示す図である。図３において、Ｕ１は、１次側第１上アームＵ１のオンオフ波形であり、Ｖ１は、１次側第２上アームＶ１のオンオフ波形であり、Ｕ２は、２次側第１上アームＵ２のオンオフ波形であり、Ｖ２は、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形である。１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２下アーム／Ｖ１、２次側第１下アーム／Ｕ２、２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフ波形は、それぞれ、１次側第１上アームＵ１、１次側第２上アームＶ１、２次側第１上アームＵ２、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形を反転した波形である（図示省略）。なお、上下アームの両オンオフ波形間には、上下アームの両方がオンすることで貫通電流が流れないようにデッドタイムが設けられているとよい。また、図３において、ハイレベルがオン状態を表し、ローレベルがオフ状態を表している。
ここで、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比を変更することができる。例えば、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくすることで、１次側変換回路２０の昇降圧比と２次側変換回路３０の昇降圧比を等しくできる。
オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比が互いに等しくなるように、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくする（各オン時間δ＝１次側オン時間δ１１＝２次側オン時間δ１２＝時間値α）。
１次側変換回路２０の昇降圧比は、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。同様に、２次側変換回路３０の昇降圧比は、２次側フルブリッジ回路３００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。１次側変換回路２０の昇降圧比は、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間の変圧比であり、２次側変換回路３０の昇降圧比は、第３入出力ポート６０ｂと第４入出力ポート６０ｄとの間の変圧比である。
したがって、例えば、
１次側変換回路２０の昇降圧比
＝第２入出力ポート６０ｃの電圧／第１入出力ポート６０ａの電圧
＝δ１１／Ｔ＝α／Ｔ
２次側変換回路３０の昇降圧比
＝第４入出力ポート６０ｄの電圧／第３入出力ポート６０ｂの電圧
＝δ１２／Ｔ＝α／Ｔ
と表される。つまり、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比は互いに同じ値（＝α／Ｔ）である。
なお、図３のオン時間δは、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２上アームＶ１のオン時間δ１１を表すとともに、２次側第１上アームＵ２及び２次側第２上アームＶ２のオン時間δ１２を表す。また、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔと２次側フルブリッジ回路３００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔは等しい時間である。
また、Ｕ１とＶ１との位相差は、１８０度（π）で動作させ、Ｕ２とＶ２との位相差も１８０度（π）で動作させる。さらに、Ｕ１とＵ２の位相差φを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の間の電力伝送量Ｐを調整することができ、位相差φ＞０であれば、１次側変換回路２０から２次側変換回路３０に伝送し、位相差φ＜０であれば、２次側変換回路３０から１次側変換回路２０に伝送することができる。
位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。例えば、位相差φは、１次側第１アーム回路２０７と２次側第１アーム回路３０７との間でのスイッチングタイミングのずれであり、１次側第２アーム回路２１１と２次側第２アーム回路３１１との間でのスイッチングタイミングのずれである。それらのずれは互いに等しいまま制御される。つまり、Ｕ１とＵ２の位相差φ及びＶ１とＶ２の位相差φは、同じ値に制御される。
したがって、例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合に、電力変換モード決定処理部５０２はモードＦを選択することを決定する。そして、オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０を第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧を昇圧して第１入出力ポート６０ａに出力する昇圧回路として機能させる場合の昇圧比を規定するオン時間δを設定する。なお、２次側変換回路３０では、オン時間δ決定処理部５０６によって設定されたオン時間δによって規定された降圧比で第３入出力ポート６０ｂに入力された電圧を降圧して第４入出力ポート６０ｄに出力する降圧回路として機能する。さらに、位相差φ決定処理部５０４は、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を所望の電力伝送量Ｐで第３入出力ポート６０ｂに伝送するための位相差φを設定する。
１次側スイッチング処理部５０８は、１次側変換回路２０を昇圧回路として、かつ、１次側変換回路２０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する。
２次側スイッチング処理部５１０は、２次側変換回路３０を降圧回路として、かつ、２次側変換回路３０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する。
上記のように、１次側変換回路２０および２次側変換回路３０を昇圧回路あるいは降圧回路として機能させることができ、かつ、電源回路１０を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路としても機能させることができる。したがって、電力変換モードＡ〜Ｌの全てのモードの電力変換を行うことができ、換言すれば、４つの入出力ポートのうちから選択された２つの入出力ポート間で電力変換をすることができる。
制御部５０により位相差φ、等価インダクタンスＬ、等に応じて調整される伝送電力Ｐ（電力伝送量Ｐともいう）は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０において一方の変換回路から他方の変換回路に変圧器４００を介して送られる電力であり、
Ｐ＝（Ｎ×Ｖａ×Ｖｂ）／（π×ω×Ｌ）×Ｆ（Ｄ，φ）
・・・式１
で表される。
なお、Ｎは、変圧器４００の巻き数比、Ｖａは、第１入出力ポート６０ａの入出力電圧（１次側変換回路２０の１次側正極母線２９８と１次側正極母線２９９との間の電圧）、Ｖｂは、第３入出力ポート６０ｂの入出力電圧（２次側変換回路３０の１次側正極母線３９８と１次側正極母線３９９との間の電圧）である。πは、円周率、ω（＝２π×ｆ＝２π／Ｔ）は、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチングの角周波数である。ｆは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周波数、Ｔは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周期、Ｌは、磁気結合リアクトル２０４，３０４と変圧器４００の電力伝送に関わる等価インダクタンスである。Ｆ（Ｄ，φ）は、デューティ比Ｄと位相差φを変数とする関数であり、デューティ比Ｄに依存せずに、位相差φが増加するにつれて単調増加する変数である。デューティ比Ｄ及び位相差φは、所定の上下限値に挟まれた範囲内で変化するように設計された制御パラメータである。
等価インダクタンスＬは、１次側磁気結合リアクトル２０４及び／又は２次側磁気結合リアクトル３０４が接続された変圧器４００の簡易等価回路上で定義できる。等価インダクタンスＬは、簡易等価回路において、１次側磁気結合リアクトル２０４の漏れインダクタンス及び／又は２次側磁気結合リアクトルの漏れインダクタンスと、変圧器４００の漏れインダクタンスとを合成した合成インダクタンスである。
例えば、２次側変換回路３０側から測定される等価インダクタンスＬ（２次側換算値ＬＥＱ２）は、
ＬＥＱ２ ＝ ２Ｌ１（１−ｋ１）Ｎ２ ＋ ２Ｌ２（１−ｋ２） ＋ ＬＴ２（１−ｋＴ ２）
・・・式２
と表すことができる。
Ｌ１は、１次側磁気結合リアクトル２０４の自己インダクタンス、ｋ１は、１次側磁気結合リアクトル２０４の結合係数、Ｎは、変圧器４００の巻き数比、Ｌ２は、２次側磁気結合リアクトル３０４の自己インダクタンス、ｋ２は、２次側磁気結合リアクトル３０４の結合係数、ＬＴ２は、変圧器４００の２次側の励磁インダクタンス、ｋＴは、変圧器４００の結合係数である。なお、第２入出力ポート６０ｃ又は第４入出力ポート６０ｄを使用しない場合、式２において、第１項又は第２項で表される漏れインダクタンスが無い場合もありうる。
ところで、電源装置１０１において、変圧器４００又は磁気結合リアクトル２０４，３０４のコア材や巻き線の寸法公差が比較的大きいので、結合係数ｋ１，ｋ２，ｋＴや自己インダクタンスは大きくばらつく。特に、コイル部品組み付け後は、応力や歪みにより、結合係数ｋ１，ｋ２，ｋＴ、自己インダクタンス、共にばらつきが顕著になる。この結果、等価インダクタンスＬのばらつきも大きくなり、伝送電力Ｐにもばらつきが発生する。
伝送電力Ｐは、式１から明らかなように、位相差φ及び等価インダクタンスＬに依存する。例えば、等価インダクタンスＬの値が大きいほど、伝送電力Ｐは小さくなり、等価インダクタンスＬの値が小さいほど、伝送電力Ｐは大きくなる。従って、制御パラメータの１つである位相差φ、等価インダクタンスＬ等を適切に調整することで、伝送電力Ｐを制御できる。
そこで、制御部５０は、遅延時間及び電流の傾き（詳細は後述する）を正確に計測することで、位相差φ及び等価インダクタンスＬを調整する。これらの計測値に基づいて、伝送電力Ｐを最適値に補正することで、伝送電力Ｐの変動を抑制する。つまり、電源装置１０１は、制御部５０により、位相差φ、及び等価インダクタンスＬを所望の値に調整し、伝送電力Ｐを補正することによって、高精度な電力伝送を行うことができる。
又、制御部５０は、１次側ポートと２次側ポートのうち少なくとも一つの所定のポートにおけるポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに収束するように、位相差φを変更することによって、伝送電力Ｐを調整する。したがって、当該所定のポートに接続される負荷の消費電流が増えても、制御部５０は、位相差φを変化させることにより伝送電力Ｐを調整することによって、ポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに対して落ち込むことを防止できる。
例えば、制御部５０は、１次側ポートと２次側ポートのうち伝送電力Ｐの伝送先である片方のポートにおけるポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに収束するように、位相差φを変更することによって、伝送電力Ｐを調整する。したがって、伝送電力Ｐの伝送先のポートに接続される負荷の消費電流が増えても、制御部５０は、位相差φを上昇変化させることにより伝送電力Ｐを増加方向に調整することによって、ポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに対して落ち込むことを防止できる。
＜電源装置１０１の電力補正方法＞
図４を用いて、電源装置１０１の電力補正方法の一例について説明する。該電力補正方法によれば、位相差及び等価インダクタンス（制御パラメータ）は、遅延時間の計測値及び電流の傾きの計測値に基づいて適宜調整され、伝送電力は、制御パラメータに基づいて適宜補正される。
まず、１次側フルブリッジ回路２００において、１次側負極母線２９９と１次側第１リアクトル２０４ａとの間に電気的に接続される１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側負極母線２９９と１次側第２リアクトル２０４ｂとの間に電気的に接続される１次側第２下アーム／Ｖ１をオンさせる（図４に示す円参照）。
次に、２次側フルブリッジ回路３００において、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に、所定の電圧を印加する（図４に示す矢印Ｙ参照）。
次に、２次側フルブリッジ回路３００において、２次側正極母線３９８と２次側第２リアクトル３０４ｂとの間に電気的に接続される２次側第２上アームＶ２、２次側負極母線３９９と２次側第１リアクトル３０４ａとの間に電気的に接続される２次側第１下アーム／Ｕ２をオンさせる（図４に示す円参照）。この際、制御部５０から出力されるオン信号（例えば、ＰＷＭ信号）が、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２に入力される。
次に、２次側フルブリッジ回路３００において、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２をオンさせて（時刻ｔα１）から、１次側フルブリッジ回路２００において、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１に、実際に電流が流れ始める（時刻ｔα２）までの遅延時間αを計測する（図５参照）。遅延時間αは、時刻ｔα１と時刻ｔα２との差（＝時刻ｔα２−時刻ｔα１）、即ち、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間（各ブリッジ回路間）に生じるスイッチングの時間差である。なお、遅延時間αを正確に計測するためには、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１を、予めオンさせておくことが好ましい。
位相差φは、遅延時間αに依存する。位相差φは、１次側変換回路２０に含まれるスイッチング素子、及び２次側変換回路３０に含まれるスイッチング素子のスイッチングタイミングを調整することにより制御できる。よって、遅延時間αに応じて、スイッチングタイミングを調整することにより、位相差φを高精度に制御できる。
例えば、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２をオンさせてから、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１に実際に電流が流れ始めるまでの時間を、遅延時間α１と定義する。又、１次側第２上アームＶ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１をオンさせてから、２次側第１下アーム／Ｕ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２に実際に電流が流れ始めるまでの時間を、遅延時間α２と定義する。
この場合、位相差φは、α１、ｔ５、α２、ｔ６を用いて（図３参照）、
φ＝（ｔ６＋α２）−（ｔ５＋α１）
＝（ｔ６−ｔ５）＋（α２−α１）
・・・式３
で表される。従って、（α２−α１）が零になるように、１次側第２上アームＶ１及び２次側第２上アームＶ２のオンタイミングを調整することにより、位相差φを高精度に制御できる。
あるいは、例えば、２次側第１上アームＵ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２をオンさせてから、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１に実際に電流が流れ始めるまでの時間を、遅延時間α３と定義する。又、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１をオンさせてから、２次側第２下アーム／Ｖ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２に実際に電流が流れ始めるまでの時間を、遅延時間α４と定義する。
この場合、位相差φは、α３、ｔ１、α４、ｔ２を用いて（図３参照）、
φ＝（ｔ２＋α４）−（ｔ１＋α３）
＝（ｔ２−ｔ１）＋（α４−α３）
・・・式４
で表される。従って、（α４−α３）が零になるように、１次側第１上アームＵ１及び２次側第１上アームＵ２のオンタイミングを調整することにより、位相差φを高精度に制御できる。
次に、１次側フルブリッジ回路２００において、２次側第２上アームＶ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２をオンさせてから、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１に、図４に示す矢印Ｚ方向に、実際に電流が流れ始めてからの、上昇する電流の傾きβを計測する（図５参照）。電流の傾きβは、電流の変化／時間の変化（＝ｄｉ／ｄｔ）で表せる。
この際、遅延時間α及び電流の傾きβは、変圧器４００、１次側磁気結合リアクトル２０４（１次側第１リアクトル２０４ａ、１次側第２リアクトル２０４ｂを含む）、２次側磁気結合リアクトル３０４（２次側第１リアクトル３０４ａ、２次側第２リアクトル３０４ｂを含む）を組み付けた状態で、計測される。
なお、スイッチング素子を、オンさせるタイミングは、特に限定されるものではない。例えば、２次側フルブリッジ回路３００において、２次側正極母線３９８と２次側第２リアクトル３０４ｂとの間に電気的に接続される２次側第２上アームＶ２、及び２次側負極母線３９９と２次側第１リアクトル３０４ａとの間に電気的に接続される２次側第２下アーム／Ｕ２をオンさせる。次に、第３入出力ポート６０ｂの各端子に所定の電圧を印加する。次に、１次側フルブリッジ回路２００において、１次側負極母線２９９と１次側第１リアクトル２０４ａとの間に電気的に接続される１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側負極母線２９９と１次側第２リアクトル２０４ｂとの間に電気的に接続される１次側第２下アーム／Ｖ１をオンさせる。次に、１次側フルブリッジ回路２００において、１次側第１下アーム／Ｕ１と１次側第２下アーム／Ｖ１とに電流が流れ始めるまでの遅延時間、及び１次側第１下アーム／Ｕ１と１次側第２下アーム／Ｖ１とに流れる電流の傾きを計測する。この様に、上述の場合とは、逆の順序により、計測を行うことも可能である。いずれの場合であっても、各ブリッジ回路間に生じるスイッチングの時間差と、一方のブリッジ回路に流れる電流の傾きを正確に計測できれば良い。
なお、計測する電流の傾きβは、上述の場合に、特に限定されるものではない。例えば、１次側第２上アームＶ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１をオンさせてから、２次側第１下アーム／Ｕ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２に実際に電流が流れ始めてからの電流の傾きを計測することもできる。あるいは、例えば、２次側第１上アームＵ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２をオンさせてから、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１に実際に電流が流れ始めてからの電流の傾きを計測することもできる。あるいは、例えば、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１をオンさせてから、２次側第２下アーム／Ｖ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２に実際に電流が流れ始めてからの電流の傾きを計測することもできる。
次に、計測された電流の傾きβに基づき、等価インダクタンスＬを算出する。等価インダクタンスＬは、所定の電圧（２次側フルブリッジ回路３００において、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に印加された電圧）Ｖと、電流の傾きβとを用いて、
Ｌ＝Ｖ／（ｄｉ／ｄｔ）＝Ｖ／β
・・・式５
と表すことができる。
式５から明らかなように、等価インダクタンスＬは、所定の電圧Ｖ及び電流の傾きβのみから算出可能である。つまり、コイル部品組み付け後に大きくばらつく各磁気素子の結合係数ｋ１，ｋ２，ｋＴや自己インダクタンスを個々に計測することなく、比較的簡易な方法で等価インダクタンスＬを算出することができる。伝送電力は、等価インダクタンスＬの算出値を、式１に代入することにより補正される。
即ち、伝送電力は、遅延時間αの計測値及び電流の傾きβの計測値に応じて補正される。より具体的には、伝送電力は、これらの計測値に基づいて調整される位相差φ及び等価インダクタンスＬに応じて補正される。
上述の電力補正方法によれば、コイル部品組み付け後の完成品状態において、応力、歪、接触抵抗、寄生インダクタンス等、伝送電力を変動させるあらゆる悪影響を考慮して、伝送電力を補正することができる。従って、高精度な電力伝送を行うことができる。又、同一のブリッジ回路内の計測値を利用して、制御パラメータを調整できるため、伝送電力を容易に制御することができる。つまり、上述の電力補正方法により、従来には無いマルチポート電源回路における伝送電力の制御技術を確立することができる。
なお、電力補正方法は、電源装置１０１の製造工程内における検査工程で、検査装置によって、行われることが可能である。電源装置１０１を工場等から出荷した後、実際に電源装置１０１を使用する状態（例えば、車両に搭載される状態、情報通信機器及び情報家電機器等のＩＣに搭載される状態）で、異常検査ツール又は制御部５０によって、行われることも可能である。電力補正方法を行う場所、用途等は、特に限定されるものではない。
以上、電力変換装置及び電力変換方法を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、上述の実施形態では、スイッチング素子の一例として、オンオフ動作する半導体素子であるＭＯＳＦＥＴを挙げた。しかしながら、スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの絶縁ゲートによる電圧制御型パワー素子でもよいし、バイポーラトランジスタでもよい。
また、第１入出力ポート６０ａに電源が接続されてもよいし、第４入出力ポート６０ｄに電源が接続されてもよい。また、第２入出力ポート６０ｃに電源が接続されなくてもよいし、第３入出力ポート６０ｂに電源が接続されなくてもよい。
また、図１において、第２入出力ポート６０ｃに１次側低電圧系電源６２ｃが接続されているが、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃのいずれにも電源が接続されなくてもよい。
また、本発明は、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートを有し、少なくとも３つ以上の複数の入出力ポートのうちどの２つの入出力ポート間でも電力を変換することが可能な電力変換装置に適用できる。例えば、本発明は、図１に例示された４つの入出力ポートのうちいずれか一つの入出力ポートが無い構成を有する電源装置に対しても適用できる。
２０ １次側変換回路
３０ ２次側変換回路
５０ 制御部
１０１ 電源装置（電力変換装置の一例）
２０４ １次側磁気結合リアクトル
２９９ １次側負極母線
３０４ ２次側磁気結合リアクトル
３９８ ２次側正極母線
３９９ ２次側負極母線
４００ 変圧器
Ｕ＊，Ｖ＊ 上アーム
／Ｕ＊，／Ｖ＊ 下アーム

Claims (6)

  1. １次側回路と、前記１次側回路とリアクトルを介して接続され且つ変圧器で磁気結合する２次側回路との間で伝送され、前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差に応じて調整される伝送電力を補正する、電力補正方法であって、
    前記１次側回路の負極母線と接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタをオンさせるスイッチングステップと、
    前記２次側回路の負極母線と正極母線との間に、所定の電圧を印加する電圧印加ステップと、
    前記２次側回路の正極母線と接続される第３のトランジスタ、及び前記第３のトランジスタに前記リアクトルを介して接続され且つ前記２次側回路の負極母線と接続される第４のトランジスタをオンさせるスイッチングステップと、
    前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタをオンさせてから、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに電流が流れ始めるまでの遅延時間を計測する遅延時間計測ステップと、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに流れる電流の傾きを計測する傾き計測ステップと、
    前記遅延時間の計測値及び前記傾きの計測値に応じて、前記伝送電力を補正する補正ステップと、を有する、電力補正方法。
  2. 前記所定の電圧及び前記傾きの計測値に基づいて、前記リアクトルと前記変圧器の電力伝送に関わる等価インダクタンスを算出する算出ステップを有し、
    前記補正ステップは、前記等価インダクタンスの算出値に基づいて、前記伝送電力を補正する、請求項１に記載の電力補正方法。
  3. 前記遅延時間の計測値に基づいて、前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタをオンさせるタイミングを調整する、請求項１又は２に記載の電力補正方法。
  4. １次側回路と、
    前記１次側回路とリアクトルを介して接続され且つ変圧器で磁気結合する２次側回路と、
    前記１次側回路のスイッチングと前記２次側回路のスイッチングとの位相差を補正することによって、前記１次側回路と前記２次側回路との間で伝送される伝送電力を制御する制御部と、を備える電力変換装置であって、
    前記制御部は、
    前記１次側回路の負極母線と接続される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタをオンさせ、
    前記２次側回路の負極母線と正極母線との間に、所定の電圧を印加し、
    前記２次側回路の正極母線と接続される第３のトランジスタ、及び前記第３のトランジスタに前記リアクトルを介して接続され且つ前記２次側回路の負極母線と接続される第４のトランジスタをオンさせ、
    前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタをオンさせてから、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに電流が流れ始めるまでの遅延時間を計測し、
    前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに流れる電流の傾きを計測し、
    前記遅延時間の計測値及び前記傾きの計測値に応じて、前記伝送電力を補正する、電力変換装置。
  5. 前記制御部は、
    前記所定の電圧及び前記傾きの計測値に基づいて、前記リアクトルと前記変圧器の電力伝送に関わる等価インダクタンスを算出し、
    前記等価インダクタンスの算出値に基づいて、前記伝送電力を補正する、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記遅延時間の計測値に基づいて、前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタをオンさせるタイミングを調整する、請求項４又は５に記載の電力変換装置。
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