JP6488960B2 - 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、高圧電源部と低圧電源部との間において、降圧と昇圧との双方向の電力変換を行うことができる、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータは、モータ駆動用の高圧電源部の電圧を降圧したうえで、低圧電源部に電力を供給し、補器類等に供給する。かかるＤＣ−ＤＣコンバータとして、一般に、フルブリッジ型のプッシュプルコンバータが用いられる。フルブリッジ型のプッシュプルコンバータは、高圧電源部とトランスとの間に接続される高圧側スイッチング回路部と、トランスと低圧電源部との間に接続される低圧側スイッチング回路部とを有する。高圧側スイッチング回路部と低圧側スイッチング回路部は、それぞれ、複数のスイッチング素子からなる。そして、高圧側スイッチング素子を、適宜、オンオフ制御することにより、降圧動作を行う。

その一方で、ＤＣ−ＤＣコンバータには、低圧電源部から高圧電源部へ電力を供給するために、昇圧動作が求められることもある。このように、高電圧から低電圧に電圧変換する降圧機能と、低電圧から高電圧に電圧変換する昇圧機能とを併せ持つ双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、昇圧動作の際における一対の低圧側スイッチング素子のオンオフ制御は、一対の低圧側スイッチング素子が交互にオンするように行われる。そして、連続的な電力伝送を円滑に行うべく、一対の低圧側スイッチング素子のオン期間が一部重なるように、オンオフ制御される。このことに起因して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、昇圧動作時に出力電力を高くすることが難しいという問題がある。

すなわち、昇圧動作時に、高圧側スイッチング回路のスイッチング素子がリカバリ損失によって発熱するため、出力電力を大きくしにくい。つまり、スイッチング素子に寄生する寄生ダイオードに流れるリカバリ電流に起因して、リカバリ損失が生じる。このリカバリ損失は、低圧側スイッチング回路において二つのスイッチング素子が両方ともオンとなっている期間に発生するトランス巻線間の電圧振動により、寄生ダイオードがオンオフすることで発生する。したがって、昇圧動作時の出力電力を高くするには、このリカバリ損失を低減する必要がある。

ここで、リカバリ損失が発生するタイミングは、低圧側スイッチング素子のスイッチングタイミングに起因する。特許文献１の発明は、このことに着目して、低圧側スイッチング素子の駆動周波数を低くすることを提案している。より具体的には、昇圧動作時において、高圧側の出力電流値が大きいほど低圧側スイッチング素子の駆動周波数が低くなるようにしている。

特開２０１４−２７７５０号公報

しかしながら、上記のような制御とすると、出力電流値が大きくなるほど、低圧側スイッチング素子の駆動周波数が低くなる。そのため、昇圧時の所望の出力電圧を得るためには、トランスを大型化せざるを得ない。そうすると、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの大型化につながってしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を招くことなく、リカバリ損失を抑制することができる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、高圧電源部（１１）と、
該高圧電源部よりも電圧の低い低圧電源部（１２）と、
高圧側コイル（２１）及び低圧側コイル（２２）を備えたトランス（２）と、
上記高圧電源部と上記高圧側コイルとの間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う高圧側スイッチング回路部（３）と、
上記低圧側コイルと上記低圧電源部との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う低圧側スイッチング回路部（４）と、を有し、
上記高圧側スイッチング回路部は、複数の高圧側スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）を備え、
上記低圧側スイッチング回路部は、少なくとも一対の低圧側スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を備え、
上記高圧側スイッチング素子及び上記低圧側スイッチング素子を、適宜、オンオフ制御することにより、上記高圧電源部の高電圧を上記低圧電源部の低電圧に降圧する降圧動作と、上記低圧電源部の低電圧を上記高圧電源部の高電圧に昇圧する昇圧動作と、を行うよう構成されており、
上記昇圧動作の際における上記一対の低圧側スイッチング素子のオンオフ制御は、上記一対の低圧側スイッチング素子のオン期間が一部重なるように、上記一対の低圧側スイッチング素子が交互にオンするように行われ、
上記昇圧動作の際には、上記低圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記高圧側スイッチング素子の少なくとも一つをオフからオンに切り替えるよう構成されている、
双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ（１）にある。

上記双方向ＤＣ-ＤＣコンバータは、昇圧動作の際に、低圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、高圧側スイッチング素子の少なくとも一つをオンするよう構成されている。これにより、高圧側スイッチング素子に寄生する寄生ダイオードに流れるリカバリ電流を、効果的に抑制することができる。

すなわち、低圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングは、上記一対の低圧側スイッチング素子が同時オンとなるタイミングである。このタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子の寄生ダイオードにリカバリ電流が流れようとする。それゆえ、このタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子の少なくとも一つをオンにする。これにより、当該高圧側スイッチング素子を通じてトランス側と高圧電源部側とを導通させる。これにより、寄生ダイオードに生じるリカバリ電流を抑制し、リカバリ損失を抑制することができる。

また、上記の制御においては、スイッチング素子の駆動周波数を低くするなどの必要もない。そのため、トランスの大型化を招くこともない。

以上のごとく、上記態様によれば、装置の大型化を招くことなく、リカバリ損失を抑制することができる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。 実施形態１における、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作の際のタイミングチャート。 実施形態１における、（Ａ）第１期間の状態の説明図、（Ｂ）第２期間の状態の説明図。 実施形態１における、（Ａ）第３期間の状態の説明図、（Ｂ）第４期間の状態の説明図。 高圧側スイッチング素子を特に制御しない場合の、寄生ダイオードに流れる電流波形の説明図。 実施形態２における、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作の際のタイミングチャート。 実施形態３における、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作の際のタイミングチャート。

（実施形態１）
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの実施形態につき、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１に示すごとく、高圧電源部１１と、高圧電源部１１よりも電圧の低い低圧電源部１２と、トランス２と、高圧側スイッチング回路部３と、低圧側スイッチング回路部４と、を有する。

トランス２は、高圧側コイル２１及び低圧側コイル２２を備えている。
高圧側スイッチング回路部３は、高圧電源部１１と高圧側コイル２１との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う。
低圧側スイッチング回路部４は、低圧側コイル２２と低圧電源部１２との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う。

高圧側スイッチング回路部３は、複数の高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を備えている。
低圧側スイッチング回路部４は、一対の低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備えている。
高圧側スイッチング素子３及び低圧側スイッチング素子４を、適宜、オンオフ制御する。これにより、高圧電源部１１の高電圧を低圧電源部１２の低電圧に降圧する降圧動作と、低圧電源部１２の低電圧を高圧電源部１１の高電圧に昇圧する昇圧動作と、を行うよう構成されている。

図２に示すごとく、昇圧動作の際における一対の低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のオンオフ制御は、一対の低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のオン期間が一部重なるように、一対の低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が交互にオンするように行われる。

昇圧動作の際には、低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の少なくとも一つをオンするよう構成されている。

本実施形態の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載される。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、モータ駆動用の高圧電源部１１の電圧を降圧したうえで、低圧電源部１２に電力を供給し、補器類等に供給する。また、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１に回路図を示すような、フルブリッジ型のプッシュプルコンバータである。

高圧側スイッチング回路部３は、高圧側スイッチング素子として、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２、第３スイッチング素子Ｑ３、第４スイッチング素子Ｑ４を有する。第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２は、高圧電源部１１の正極側に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３及び第４スイッチング素子Ｑ４は、高圧電源部１１の負極側に接続されている。

第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３とは、互いに直列接続して第１スイッチングレッグ３２１を構成している。第２スイッチング素子Ｑ２と第４スイッチング素子Ｑ４とは、互いに直列接続して第２スイッチングレッグ３２２を構成している。そして、第１スイッチングレッグ３２１と第２スイッチングレッグ３２２とが、互いに並列接続されている。第１スイッチングレッグ３２１における第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３との接続点と、第２スイッチングレッグ３２２における第２スイッチング素子Ｑ２と第４スイッチング素子Ｑ４との接続点とが、高圧側コイル２１の両端子に接続されている。

低圧側コイル２２は、個別に電流を流すことができるよう構成された第１コイル部２２１と第２コイル部２２２とを有する。
低圧側スイッチング回路部４は、低圧側スイッチング素子として、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とを有する。第５スイッチング素子Ｑ５は、低圧電源部１２から第１コイル部２２１への電流の供給をオンオフする。第６スイッチング素子Ｑ６は、低圧電源部１２から第２コイル部２２２への電流の供給をオンオフする。

低圧側スイッチング回路部４において、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とは、チョークコイル４１を介して低圧電源部１２の正極に接続されている。また、低圧電源部１２の正極と負極との間に、コンデンサ４２が接続されている。

昇圧動作の際には、図２に示すごとく、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とを、オン期間の重なりを部分的に設けつつ、交互にオンオフするようにスイッチング動作させる。これにより、図３、図４に示すごとく、低圧側コイル２２のうち第１コイル部２２１のみに電流が流れる期間と、第１コイル部２２１と第２コイル部２２２との双方に電流が流れる期間と、低圧側コイル２２のうち第２コイル部２２２のみに電流が流れる期間とが、例えば１０マイクロ秒という極めて短い時間単位で切り替わる。これに伴い、トランス２における高圧側コイル２１に、電圧Ｖｔが誘起される。そして、高圧側スイッチング回路部３に、電流が流れる。このとき、電流は、高圧側スイッチング回路部３における複数の高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に寄生する寄生ダイオードを順方向に流れる。すなわち、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴという）等からなり、該ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが寄生する。この寄生ダイオードに還流電流が流れる。

具体的には、第５スイッチング素子Ｑ５がオンであり第６スイッチング素子Ｑ６がオフの期間に、図３（Ａ）に示すごとく、高圧側コイル２１と第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを含む電流経路に電流Ｉｔが流れる。すなわち、図２に示す第１期間Ｔ１には、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とにそれぞれ寄生するダイオードに、電流Ｉｔが流れる。

また、第５スイッチング素子Ｑ５がオフであり第６スイッチング素子Ｑ６がオンの期間に、図４（Ａ）に示すごとく、高圧側コイル２１と第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３とを含む電流経路に電流Ｉｔが流れる。すなわち、図２に示す第３期間Ｔ３には、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３とにそれぞれ寄生するダイオードに、電流Ｉｔが流れる。

なお、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との双方がオンの期間は、トランス２の高圧側コイル２１に電圧は誘起されず、理想的には電流は流れない。
図２に示すごとく、低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のスイッチングパターンとしては、次の第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３、第４期間Ｔ４が順次切り替わる。そして、第１期間Ｔ１〜第４期間Ｔ４が繰り返される。図２には、１周期分の第１期間〜第４期間にのみ、符号Ｔ１〜Ｔ４を付している。ここで、第１期間Ｔ１は、第５スイッチング素子Ｑ５がオンかつ第６スイッチング素子Ｑ６がオフとなる期間である。第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１に続き、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６の双方がオンとなる期間である。第３期間Ｔ３は、第２期間Ｔ２に続き、第５スイッチング素子Ｑ５がオフかつ第６スイッチング素子Ｑ６がオンとなる期間である。第４期間Ｔ４は、第３期間Ｔ３に続き、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６の双方がオンとなる期間である。

そして、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミング、及び第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングにおいて、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２、第３スイッチング素子Ｑ３、第４スイッチング素子Ｑ４の少なくとも一つをオンする。すなわち、第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２に切り替えるタイミング、及び、第３期間Ｔ３から第４期間Ｔ４に切り替えるタイミングにおいて、４つの高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の少なくとも一つをオンする。

つまり、上述したように、第２期間Ｔ２および第４期間Ｔ４は、理想的には、高圧側スイッチング回路部３には電流が流れない。ところが、第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２に切り替わる際には、図３（Ｂ）、図５に示すごとく、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオードに順方向に流れていた電流が急激に低下した後、わずかながら逆向きにリカバリ電流Ｉｒが流れようとする。例えば、第１スイッチング素子Ｑ１と高圧側コイル２１と第４スイッチング素子Ｑ４とを含む電流経路に電流Ｉｔが流れていた第１期間Ｔ１から、第２期間Ｔ２に切り替わった際に、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードにリカバリ電流Ｉｒが生じる。そうすると、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間に挟まれた電流経路においてＬＣ共振が生じる。その結果、リンギングが発生してしまい、損失が大きくなってしまう。そこで、このリンギングを収めるべく、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の少なくとも一つをオンさせる。つまり、リカバリ電流が生じるタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の少なくとも一つをオンさせる。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間の電流経路の電位を安定させる。このようにして、リカバリ電流の発生を抑制し、これに伴う損失を抑制することができる。
このような現象は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、第３期間Ｔ３から第４期間Ｔ４に切り替わるタイミングにおいても同様に生じる。

本実施形態においては、図２に示すごとく、特に、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミングと、第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングとに同期して、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とをオンするよう構成されている。つまり、第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２に切り替えるタイミングと、第３期間Ｔ３から第４期間Ｔ４に切り替えるタイミングとに同期して、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とをオンする。

また、本実施形態においては、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をオンからオフに切り替えるタイミングを、第５スイッチング素子Ｑ５又は第６スイッチング素子Ｑ６のターンオフのタイミングに同期させている。つまり、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２のターンオン及びターンオフを、第５スイッチング素子Ｑ５又は第６スイッチング素子Ｑ６のターンオン及びターンオフに同期させている。これにより、スイッチング制御の信号を簡素化することができる。

なお、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２に代えて、第３スイッチング素子Ｑ３及び第４スイッチング素子Ｑ４を、第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２に切り替えるタイミングと、第３期間Ｔ３から第４期間Ｔ４に切り替えるタイミングとに同期してオンさせるようにしてもよい。

また、各スイッチング素子のオンオフ制御のデューティやタイミングについては、ピーク電流モード制御によって制御することができる。すなわち、外部回路やマイコン等によって検出したインダクタ電流を、演算によって得られた電流指令値と比較することにより、スイッチングのデューティ及びタイミングを制御することができる。

なお、図２のタイミングチャートにおいて、Ｖｔはトランス２の高圧側コイル２１に生じる電圧の変化を示す。また、ＩＬは、低圧側スイッチング回路部４に流れる電流の変化を示す。

上記双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ１は、昇圧動作の際に、低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンするよう構成されている。これにより、高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に寄生する寄生ダイオードに流れるリカバリ電流を、効果的に抑制することができる。

すなわち、低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングは、上記一対の低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が同時オンとなるタイミングである。このタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の寄生ダイオードにリカバリ電流が流れようとする。それゆえ、このタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンにする。これにより、当該高圧側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を通じてトランス２側と高圧電源部１１側とを導通させる。これにより、寄生ダイオードに生じるリカバリ電流を抑制し、リカバリ損失を抑制することができる。

また、上記の制御においては、スイッチング素子の駆動周波数を低くするなどの必要もない。そのため、トランス２の大型化を招くこともなく、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１の大型化を招くこともない。

以上のごとく、本例によれば、装置の大型化を招くことなく、リカバリ損失を抑制することができる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態においては、昇圧動作の際に、図６に示すごとく、第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３とのオンオフ動作を、交互に行うようにしている。
すなわち、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第１スイッチング素子Ｑ１をオンし、第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第３スイッチング素子Ｑ３をオンする。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

本実施形態においては、第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３とのオンオフ動作を、交互に行う。そのため、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１の連続動作時において、第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３とのオンオフ切り替え頻度を均等にすることができる。その結果、スイッチング素子における熱集中を低減することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、上記実施形態において、第１スイッチング素子Ｑ１のオンオフを第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフに置き換え、第３スイッチング素子Ｑ３のオンオフを第４スイッチング素子Ｑ４のオンオフに置き換えてもよい。すなわち、第２スイッチング素子Ｑ２と第４スイッチング素子Ｑ４とを交互にオンオフするようにしてもよい。あるいは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを同時オンオフさせ、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とを同時オンオフさせてもよい。この場合、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２と、第３スイッチング素子Ｑ３及び第４スイッチング素子Ｑ４とを、交互にオンオフすることとなる。

（実施形態３）
本実施形態においては、昇圧動作の際に、図７に示すごとく、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第２スイッチング素子Ｑ２をオンし、第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第１スイッチング素子Ｑ１をオンするよう構成されている。

すなわち、昇圧動作の際、低圧側スイッチング素子のうち第５スイッチング素子Ｑ５のみがオンの期間Ｔ１は、高圧側スイッチング回路部３において、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４を含む電流経路を介して高圧電源部１１が充電される。この期間Ｔ１から、第５スイッチング素子Ｑ５がターンオンすることにより期間Ｔ２となるとき、第２スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１、第４スイッチング素子Ｑ４に流れようとするリカバリ電流を円滑に抑制することができる。
その他の構成は、実施形態１と同様であり、同様の作用効果を奏する。

なお、本実施形態においては、第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフに代えて、第３スイッチング素子Ｑ３をオンオフしてもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１のオンオフに代えて、第４スイッチング素子Ｑ４をオンオフしてもよい。すなわち、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第３スイッチング素子Ｑ３をオンし、第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第４スイッチング素子Ｑ４をオンするよう構成してもよい。

あるいは、第５スイッチング素子Ｑ５をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３をオンし、第６スイッチング素子Ｑ６をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４をオンするよう構成してもよい。この場合には、より効果的にリカバリ電流を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態を採用しうる。すなわち、昇圧動作の際、低圧側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の双方がオンとなるタイミングにおいて、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の少なくとも一つがオンとなるような制御であればよい。ただし、高圧側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ制御には、デッドタイムを設けることが望ましい。すなわち、同じスイッチングレッグに含まれるスイッチング素子のオンオフ動作については、同時オフとなる時間帯を設けることにより、短絡等の不具合をより確実に防ぐことができる。

１ 双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ 高圧側電源部
１２ 低圧側電源部
２ トランス
２１ 高圧側コイル
２２ 低圧側コイル
３ 高圧側スイッチング回路部
４ 低圧側スイッチング回路部
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ 高圧側スイッチング素子
Ｑ５、Ｑ６ 低圧側スイッチング素子

Claims (8)

1. 高圧電源部（１１）と、
   該高圧電源部よりも電圧の低い低圧電源部（１２）と、
   高圧側コイル（２１）及び低圧側コイル（２２）を備えたトランス（２）と、
   上記高圧電源部と上記高圧側コイルとの間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う高圧側スイッチング回路部（３）と、
   上記低圧側コイルと上記低圧電源部との間に接続され、直流電力と交流電力との電力変換を行う低圧側スイッチング回路部（４）と、を有し、
   上記高圧側スイッチング回路部は、複数の高圧側スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）を備え、
   上記低圧側スイッチング回路部は、少なくとも一対の低圧側スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を備え、
   上記高圧側スイッチング素子及び上記低圧側スイッチング素子を、適宜、オンオフ制御することにより、上記高圧電源部の高電圧を上記低圧電源部の低電圧に降圧する降圧動作と、上記低圧電源部の低電圧を上記高圧電源部の高電圧に昇圧する昇圧動作と、を行うよう構成されており、
   上記昇圧動作の際における上記一対の低圧側スイッチング素子のオンオフ制御は、上記一対の低圧側スイッチング素子のオン期間が一部重なるように、上記一対の低圧側スイッチング素子が交互にオンするように行われ、
   上記昇圧動作の際には、上記低圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記高圧側スイッチング素子の少なくとも一つをオフからオンに切り替えるよう構成されている、
   双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ（１）。
2. 上記高圧側スイッチング回路部は、上記高圧側スイッチング素子として、上記高圧電源部の正極側に接続された第１スイッチング素子（Ｑ１）及び第２スイッチング素子（Ｑ２）と、上記高圧電源部の負極側に接続された第３スイッチング素子（Ｑ３）及び第４スイッチング素子（Ｑ４）とを備え、上記第１スイッチング素子と上記第３スイッチング素子とを互いに直列接続してなる第１スイッチングレッグ（３２１）と、上記第２スイッチング素子と上記第４スイッチング素子とを互いに直列接続してなる第２スイッチングレッグ（３２２）とが、互いに並列接続されており、上記第１スイッチングレッグにおける上記第１スイッチング素子と上記第３スイッチング素子との接続点と、上記第２スイッチングレッグにおける上記第２スイッチング素子と上記第４スイッチング素子との接続点とが、上記高圧側コイルの両端子に接続されており、
   上記低圧側コイルは、個別に電流を流すことができるよう構成された第１コイル部（２２１）と第２コイル部（２２２）とを有し、
   上記低圧側スイッチング回路部は、上記低圧側スイッチング素子として、上記低圧電源部から上記第１コイル部への電流の供給をオンオフする第５スイッチング素子（Ｑ５）と、上記低圧電源部から上記第２コイル部への電流の供給をオンオフする第６スイッチング素子（Ｑ６）とを有し、
   上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子がオンであり上記第６スイッチング素子がオフの期間に、上記高圧側コイルと上記第１スイッチング素子と上記第４スイッチング素子とを含む電流経路に電流が流れるよう構成されており、上記第５スイッチング素子がオフであり上記第６スイッチング素子がオンの期間に、上記高圧側コイルと上記第２スイッチング素子と第３スイッチング素子とを含む電流経路に電流が流れるよう構成されており、
   上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミング、及び上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングにおいて、上記第１スイッチング素子、上記第２スイッチング素子、上記第３スイッチング素子、上記第４スイッチング素子の少なくとも一つをオンするよう構成されている、請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングと、上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングとに同期して、上記第１スイッチング素子と上記第２スイッチング素子とをオンするよう構成されている、請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングと、上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングとに同期して、上記第３スイッチング素子と上記第４スイッチング素子とをオンするよう構成されている、請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第１スイッチング素子又は上記第２スイッチング素子をオンし、上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第３スイッチング素子又は上記第４スイッチング素子をオンするよう構成されている、請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第２スイッチング素子又は上記第３スイッチング素子をオンし、上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第１スイッチング素子又は上記第４スイッチング素子をオンするよう構成されている、請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
7. 上記昇圧動作の際には、上記第５スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第１スイッチング素子及び上記第４スイッチング素子をオンし、上記第６スイッチング素子をオフからオンに切り替えるタイミングに同期して、上記第２スイッチング素子及び上記第３スイッチング素子をオンするよう構成されている、請求項２に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
8. 上記昇圧動作の際に、上記低圧側スイッチング素子の一方をオフからオンに切り替えるタイミングに同期してオフからオンに切り替えた上記高圧側スイッチング素子は、上記低圧側スイッチング素子の他方をオンからオフに切り替えるタイミングに同期してオンからオフに切り替えるよう構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。

Images