JP6873892B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Description

本開示は、スイッチング電源装置に関する。
従来、複数相の交流電源からの交流電力を直流電力に変換する電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７−１６９３５０号公報
特許文献１に記載の構成では、切替リレーおよび突入防止リレーが、電源フィルタよりも交流電源側に存在する。そのため、それぞれのリレー駆動ドライバ回路に、電源フィルタとは別に、ノイズ除去フィルタを設ける必要であった。
本開示の目的は、リレー駆動ドライバ回路のノイズ除去フィルタを不要として、装置を小型化できるスイッチング電源装置を提供することである。
本開示の一形態は、複数相交流電源の各相に対応する複数の電源回路を備えたスイッチング電源装置であって、前記複数の電源回路のうちの前記複数相交流電源の任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を、前記任意の１相、または、当該電源回路が対応する相に切り替え可能な切替回路と、前記複数相交流電源の負極側の電源ライン上で、かつ、前記複数の電源回路がそれぞれ接続される接続点よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、突入電流を防止する突入電流防止回路と、前記切替回路および前記突入電流防止回路よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、前記複数相の全てのラインが磁気結合されたフィルタ回路と、を備えるスイッチング電源装置である。
本開示によれば、リレー駆動ドライバ回路のノイズ除去フィルタを不要として、装置を小型化できるスイッチング電源装置を提供することができる。
本開示の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置が単相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置が二相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の動作の一例を示すフローチャート 比較例に係るスイッチング電源装置が二相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置が単相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置が二相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置が三相交流電源に接続された状態を示すブロック図 本開示の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の動作の一例を示すフローチャート 比較例に係るスイッチング電源装置が三相交流電源に接続された状態を示すブロック図
以下、本開示の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。
（第１の実施形態）
まず、図１および図２を用いて、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１の構成について説明する。図１は、スイッチング電源装置１が単相交流電源２ａに接続された状態を示すブロック図である。図２は、スイッチング電源装置１が二相交流電源２ｂに接続された状態を示すブロック図である。スイッチング電源装置１は、例えば、車両（例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車）の充電装置に用いられてもよいし、その他の装置に用いられてもよい。
スイッチング電源装置１は、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂからの交流電力を直流電力に変換し、強電バッテリー３へ出力する装置である。強電バッテリー３は、例えば車両のモータ駆動用のバッテリーである。強電バッテリー３としては、例えばリチウムイオンバッテリーが挙げられる。
スイッチング電源装置１は、電源フィルタ１０、電源回路２０ａ、電源回路２０ｂ、切替回路３０、突入電流防止回路４０、および制御回路５０を有する。スイッチング電源装置１は、単相交流電源２ａおよび二相交流電源２ｂのいずれに接続されても対応できるように、２つの電源回路２０ａおよび２０ｂを備える構成となっている。
（電源フィルタ）
電源フィルタ１０には、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂから、交流電力が入力される。電源フィルタ１０は、電源回路２０ａおよび２０ｂへのノイズ侵入と、電源回路２０ａおよび２０ｂからのノイズ流出を防止する機能を有する。
電源フィルタ１０は、外部と接続可能な第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを有する。第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの間には、第１端子１１ａ側から順に、ライン１２ａ、コイル１３ａ、ライン１２ｂ、コイル１３ｂおよびライン１２ｃが設けられている。
また、電源フィルタ１０は、外部と接続可能な第３端子１１ｃおよび第４端子１１ｄを有する。第３端子１１ｃと第４端子１１ｄとの間には、第３端子１１ｃ側から順に、ライン１２ｄ、コイル１３ｃ、ライン１２ｅ、コイル１３ｄおよびライン１２ｆが設けられている。
さらに、電源フィルタ１０は、外部と接続可能な第５端子１１ｅおよび第６端子１１ｆを有する。第５端子１１ｅと第６端子１１ｆとの間には、第５端子１１ｅ側から順に、ライン１２ｇ、コイル１３ｅ、ライン１２ｈ、コイル１３ｆおよびライン１２ｉが設けられている。
コイル１３ａ、１３ｃおよび１３ｅは、１個のコア材に３つの巻き線を巻いて構成された三相コモンモードコイル１３Ａを形成する。三相コモンモードコイル１３Ａにおけるコイル１３ａ、１３ｃおよび１３ｅは互いに磁気結合されている。
コイル１３ｂ、１３ｄおよび１３ｆは、１個のコア材に３つの巻き線を巻いて構成された三相コモンモードコイル１３Ｂを形成する。三相コモンモードコイル１３Ｂにおけるコイル１３ｂ、１３ｄおよび１３ｆは互いに磁気結合されている。
ライン１２ａ、１２ｄおよび１２ｇの各ライン間には、Ｘコンデンサ１４ａおよび１４ｄが設けられている。ライン１２ｂ、１２ｅおよび１２ｈの各ライン間には、Ｘコンデンサ１４ｂおよび１４ｅが設けられている。ライン１２ｃ、１２ｆおよび１２ｉの各ライン間には、Ｘコンデンサ１４ｃおよび１４ｆが設けられている。Ｘコンデンサ１４ａ〜１４ｃは、ノーマルモードのノイズを低減する役割を果たす。
ライン１２ａ、１２ｄおよび１２ｇにはＹコンデンサ１５ａが設けられている。ライン１２ｂ、１２ｅおよび１２ｈにはＹコンデンサ１５ｂが設けられている。ライン１２ｃ、１２ｆおよび１２ｉにはＹコンデンサ１５ｃが設けられている。Ｙコンデンサ１５ａ〜１５ｃは、コモンモードのノイズを低減する役割を果たす。
すなわち、電源フィルタ１０は、２個の三相コモンモードコイルと、３個のＹコンデンサとを有するフィルタである。このような構成を有する電源フィルタ１０は、複数相のすべてのラインが磁気結合されたフィルタ回路である。
図１に示すように、スイッチング電源装置１が単相交流電源２ａに接続される場合、第１端子１１ａは、単相交流電源２ａの正極側電源ラインであるラインＬ１と接続される。第２端子１１ｂは、ラインＬ１ａと接続されている。なお、ラインＬ１ａは、電源回路２０ａの正極側に接続されている。
第３端子１１ｃは、単相交流電源２ａのいずれのラインにも接続されない。第４端子１１ｄは、ラインＬ２ａと接続されている。なお、ラインＬ２ａは、切替回路３０に接続されている。
第５端子１１ｅは、単相交流電源２ａの負極側電源ラインであるラインＬ３と接続される。第６端子１１ｆは、ラインＬ３ａと接続されている。なお、ラインＬ３ａは、突入電流防止回路４０に接続されている。
図２に示すように、スイッチング電源装置１が二相交流電源２ｂに接続される場合、第１端子１１ａは、二相交流電源２ｂの第１相の正極側電源ラインであるラインＬ１１と接続される。
第３端子１１ｃは、二相交流電源２ｂの第２相の正極側電源ラインであるＬ１２と接続される。第５端子１１ｅは、二相交流電源２ｂの負極側電源ラインであるラインＬ１３と接続される。
（電源回路）
電源回路２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２を有する。
ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、電源フィルタ１０の後段に設けられる。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、電源フィルタ１０からの交流電力を直流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２へ出力する。
また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、初期充電用の電解コンデンサ２１ａと、電解コンデンサ２１ａの電圧を計測する電圧計２１ｂとを有する。電圧計２１ｂで計測された電圧値は、制御回路５０へ出力される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１の後段に設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１からの直流電力の電圧を変圧し、強電バッテリー３へ出力する。
（切替回路）
切替回路３０は、スイッチング電源装置１が単相交流電源２ａに接続される場合、単相交流電源２ａからの電力を電源回路２０ａおよび２０ｂの両方に供給する第１モードと、電源回路２０ａのみに供給する第２モードとを切り替える回路である。
また、切替回路３０は、スイッチング電源装置１が二相交流電源２ｂに接続される場合、二相交流電源２ｂの第１相からの電力を電源回路２０ａおよび２０ｂの両方に供給する第１モードと、第１相からの電力を電源回路２０ａに供給するとともに第２相からの電力を電源回路２０ｂに供給する第２モードとを切り替える回路である。
換言すると、切替回路３０は、複数の電源回路（２０ａ、２０ｂ）のうちの複数相交流電源の任意の１相（第１相）に対応しない電源回路（２０ｂ）に接続される相を、複数相交流電源の任意の１相、または、この電源回路が対応する相（第２相）に切り替えることができる。
切替回路３０は、第１端子３１ａ、第２端子３１ｂ、第３端子３１ｃ、切替リレー３２、コイル３３および駆動回路３４を有する。第１端子３１ａは、ラインＬ１ａ上の分岐点ｎ１で分岐したラインＬ１ｂと接続されている。第２端子３１ｂは、ラインＬ２ａと接続されている。第３端子３１ｃは、ラインＬ２ｂと接続されている。なお、ラインＬ２ｂは、電源回路２０ｂの正極側に接続されている。
駆動回路３４は、制御回路５０からの制御信号に応じて、切替リレー３２のオン／オフを切り替える。この制御信号は、切替リレー３２をオンにする旨、または、切替リレー３２をオフにする旨のいずれかを示す信号である。
切替リレー３２のオフとは、図１および図２に示すように、ラインＬ１ｂとラインＬ２ｂとが接続される状態をいう。また、切替リレー３２のオンとは、ラインＬ２ａとラインＬ２ｂとが接続される状態をいう。
（突入電流防止回路）
突入電流防止回路４０は、電源回路２０ｂの負極側ラインであるラインＬ３ｃが電源回路２０ａの負極側ラインであるラインＬ３ｂと合流する合流点ｎ２よりも交流電源側に設けられ、突入電流を制限する。
突入電流防止回路４０は、第１端子４１ａ、第２端子４１ｂ、ヒューズおよび突入電流制限抵抗からなる突入電流制限回路４２、突入防止リレー４３、コイル４４および駆動回路４５を有する。第１端子４１ａは、ラインＬ３ａと接続されている。第２端子４１ｂは、ラインＬ３ｂと接続されている。
駆動回路４５は、制御回路５０からの制御信号に応じて、突入防止リレー４３のオン／オフを切り替える。この制御信号は、突入防止リレー４３をオンにする旨、または、突入防止リレー４３をオフにする旨のいずれかを示す信号である。
突入防止リレー４３のオフとは、図１および図２に示すように、突入電流制限回路４２に電力が供給され、突入電流防止回路４０が機能する状態をいう。また、突入防止リレー４３のオンとは、突入電流防止回路４０の機能が停止された状態をいう。
（制御回路）
制御回路５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。制御回路５０は、切替回路３０に対して切替リレー３２をオン／オフする旨の信号を出力する。また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオン／オフする旨の信号を出力する。
例えば、制御回路５０は、任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を、任意の１相に切り替えるように切替回路３０を制御し、かつ、突入電流防止回路４０を機能させて、複数の電源回路の電解コンデンサ２１ａの初期充電を行わせる。
具体的には、制御回路５０は、切替回路３０に対して切替リレー３２をオフにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｂをラインＬ１ｂに接続する。また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオフにする旨の信号を出力し、突入電流防止回路４０を機能させる。これにより、電源回路２０ａおよび２０ｂの電解コンデンサ２１ａの初期充電が行われる。
そして、制御回路５０は、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了した場合に、任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を、この電源回路が対応する相に切り替えるように切替回路３０を制御し、かつ、突入電流防止回路４０の機能を停止させて、強電バッテリー３の充電を行わせる。
具体的には、制御回路５０は、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了すると、切替回路３０に対して切替リレー３２をオンにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｂをラインＬ２ａに接続する。また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオンにする旨の信号を出力し、突入電流防止回路４０の機能を停止させる。これにより、強電バッテリー３の充電が行われる。
（動作の説明）
次に、図３を用いて、スイッチング電源装置１の動作の一例について説明する。図３は、スイッチング電源装置１の動作の一例を示すフローチャートである。以下に説明する動作は、例えば、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂの投入時に開始される。なお、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂの投入時、切替リレー３２および突入防止リレー４３はともにオフである。
まず、ステップＳ１で、制御回路５０は、電源回路２０ａおよび２０ｂの電解コンデンサ２１ａの初期充電が行われるように制御する。具体的には、制御回路５０は、切替リレー３２および突入防止リレー４３をオフのままとする。
切替リレー３２および突入防止リレー４３がともにオフであるため、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂから供給される電力は、ラインＬ１またはＬ１１からラインＬ１ａを経由して電源回路２０ａに供給される。また、単相交流電源２ａまたは二相交流電源２ｂから供給される電力は、かつラインＬ１ｂおよびラインＬ２ｂを経由して電源回路２０ｂに供給されるとともに、突入電流防止回路４０の突入電流制限回路４２に供給される。
これにより、単相交流電源２ａの場合、正極側電源ラインであるラインＬ１と、負極側電源ラインであるラインＬ３との間に、電源回路２０ａ、２０ｂおよび突入電流制限回路４２が接続された回路構成となる。また、二相交流電源２ｂの場合、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ１１と、中性点ｎ３との間に、電源回路２０ａ、２０ｂおよび突入電流制限回路４２が接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａおよび２０ｂに突入電流が流れることを防止しつつ、電源回路２０ａおよび２０ｂの電解コンデンサ２１ａの初期充電を行うことができる（第１のモード）。
ステップＳ１に続くステップＳ２で、制御回路５０は、電源回路２０ａおよび２０ｂの電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了したか否かを判定する。この判定には、電圧計２１ｂの測定値が用いられる。
電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了していない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ２の処理を繰り返す。一方、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３へ進む。
ステップＳ３で、制御回路５０は、強電バッテリー３の充電が行われるように制御する。具体的には、制御回路５０は、切替リレー３２および突入防止リレー４３がともにオンになるように、切替回路３０および突入電流防止回路４０を制御する。
これにより、単相交流電源２ａの場合、単相交流電源２ａから供給される電力は、ラインＬ１からラインＬ１ａを経由して電源回路２０ａに供給される。電源回路２０ｂには、単相交流電源２ａから電力が供給されない。
これにより、正極側電源ラインであるラインＬ１と、負極側電源ラインであるラインＬ３との間に、電源回路２０ａが接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａのみが駆動され、強電バッテリー３の充電が行われる（第２のモード）。
また、二相交流電源２ｂの場合、二相交流電源２ｂから供給される電力は、ラインＬ１１からラインＬ１ａを経由して電源回路２０ａに供給されるとともに、ラインＬ１２からラインＬ２ａおよびラインＬ２ｂを経由して電源回路２０ｂに供給される。
これにより、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ１１と中性点ｎ３との間に電源回路２０ａが接続され、第２相の正極側電源ラインであるラインＬ１２と中性点ｎ３との間に電源回路２０ｂが接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａおよび２０ｂの両方が駆動され、強電バッテリー３の充電が行われる（第２のモード）。
（比較例との比較）
ここで、本実施形態の比較例としてのスイッチング電源装置１０１が二相交流電源２ｂに接続された状態を、図４に示す。なお、図４において、図２と同一の構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
図４に示すように、スイッチング電源装置１０１では、電源回路１２０ａおよび１２０ｂのそれぞれが、電源フィルタ１１０を有する。
電源フィルタ１１０は、第１端子１１１ａおよび第２端子１１１ｂを有する。第１端子１１１ａと第２端子１１１ｂとの間には、第１端子１１１ａ側から順に、ライン１１２ａ、コイル１１３ａ、ライン１１２ｂ、コイル１１３ｂおよびライン１１２ｃが設けられている。
電源フィルタ１１０は、第３端子１１１ｃおよび第４端子１１１ｄを有する。第３端子１１１ｃと第４端子１１１ｄとの間には、第３端子１１１ｃ側から順に、ライン１１２ｄ、コイル１１３ｃ、ライン１１２ｅ、コイル１１３ｄおよびライン１１２ｆが設けられている。
コイル１１３ａおよび１１３ｃは、１個のコア材に２つの巻き線を巻いて構成された単相コモンモードコイル１１３Ａを形成する。単相コモンモードコイル１１３Ａにおけるコイル１１３ａおよび１１３ｃは互いに磁気結合されている。
コイル１１３ｂおよび１１３ｄは、１個のコア材に２つの巻き線を巻いて構成された単相コモンモードコイル１１３Ｂを形成する。単相コモンモードコイル１１３Ｂにおけるコイル１１３ｂおよび１１３ｄは互いに磁気結合されている。
ライン１１２ａとライン１１２ｄとの間には、Ｘコンデンサ１１４ａが接続されている。ライン１１２ｃとライン１１２ｆとの間には、Ｘコンデンサ１１４ｂが接続されている。
ライン１１２ａおよびライン１１２ｄにはＹコンデンサ１１５ａが設けられている。ライン１１２ｃおよびライン１１２ｆにはＹコンデンサ１１５ｂが設けられている。
すなわち、電源フィルタ１１０は、２個の単相コモンモードコイルと、２個のＹコンデンサを有する。スイッチング電源装置１０１は、電源回路１２０ａおよび１２０ｂを有しているため、スイッチング電源装置１０１は、４個の単相コモンモードコイルと、４個のＹコンデンサとを有する。
また、電源フィルタ１１０は、切替回路３０および突入電流防止回路４０よりも強電バッテリー３側に設けられている。このような構成では、切替回路３０および突入電流防止回路４０のそれぞれのリレー駆動ドライバ回路に、ノイズ除去フィルタ（図４において不図示）が必要となる。
これに対して、本実施形態のスイッチング電源装置１では、切替回路３０および突入電流防止回路４０よりも交流電源側に、複数相のすべてのラインが磁気結合されたフィルタ回路である電源フィルタ１０を設けた。そのため、切替回路３０および突入電流防止回路４０のノイズ除去フィルタを不要として、装置を小型化することができる。また、Ｙコンデンサの個数を減らすことができる。
（第２の実施形態）
次に、図５、図６および図７を用いて、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置２０１の構成について説明する。図５は、スイッチング電源装置２０１が単相交流電源２ａに接続された状態を示すブロック図である。図６は、スイッチング電源装置２０１が二相交流電源２ｂに接続された状態を示すブロック図である。図７は、スイッチング電源装置２０１が三相交流電源２ｃに接続された状態を示すブロック図である。なお、図５〜図７において、図１および図２と同一の構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
スイッチング電源装置２０１は、単相交流電源２０２ａ、二相交流電源２０２ｂまたは三相交流電源２０２ｃからの交流電力を直流電力に変換し、強電バッテリー３へ出力する装置である。
スイッチング電源装置２０１は、電源フィルタ２１０、電源回路２０ａ、電源回路２０ｂ、電源回路２０ｃ、切替回路３０、切替回路３０ａ、突入電流防止回路４０、および制御回路５０を有する。スイッチング電源装置２０１は、単相交流電源２０２ａ、二相交流電源２０２ｂおよび三相交流電源２０２ｃのいずれに接続されても対応できるように、３つの電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃを備える構成となっている。
第２の実施形態に係るスイッチング電源装置２０１は、上述した第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１と比べて、電源フィルタの具体的な構成と、電源回路および切替回路が追加された点が異なる。電源回路２０ｃの構成は、電源回路２０ａおよび２０ｂの構成と同様であるため、詳細な説明を省略する。
（電源フィルタ）
電源フィルタ２１０には、単相交流電源２０２ａ、二相交流電源２０２ｂまたは三相交流電源２０２ｃから、交流電力が入力される。電源フィルタ２１０は、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃへのノイズ侵入と、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃからのノイズ流出を防止する機能を有する。
電源フィルタ２１０は、外部と接続可能な第１端子２１１ａおよび第２端子２１１ｂを有する。第１端子２１１ａと第２端子２１１ｂとの間には、第１端子２１１ａ側から順に、ライン２１２ａ、コイル２１３ａ、ライン２１２ｂ、コイル２１３ｂおよびライン２１２ｃが設けられている。
電源フィルタ２１０は、外部と接続可能な第３端子２１１ｃおよび第４端子２１１ｄを有する。第３端子２１１ｃと第４端子２１１ｄとの間には、第３端子２１１ｃ側から順に、ライン２１２ｄ、コイル２１３ｃ、ライン２１２ｅ、コイル２１３ｄおよびライン２１２ｆが設けられている。
電源フィルタ２１０は、外部と接続可能な第５端子２１１ｅおよび第６端子２１１ｆを有する。第５端子２１１ｅと第６端子２１１ｆとの間には、第５端子２１１ｅ側から順に、ライン２１２ｇ、コイル２１３ｅ、ライン２１２ｈ、コイル２１３ｆおよびライン２１２ｉが設けられている。
電源フィルタ２１０は、外部と接続可能な第７端子２１１ｇおよび第８端子２１１ｈを有する。第７端子２１１ｇと第８端子２１１ｈとの間には、第７端子２１１ｇ側から順に、ライン２１２ｊ、コイル２１３ｇ、ライン２１２ｋ、コイル２１３ｈおよびライン２１２ｌが設けられている。
コイル２１３ａ、２１３ｃ、２１３ｅおよび２１３ｇは、１個のコア材に４つの巻き線を巻いて構成された三相コモンモードコイル２１３Ａを形成する。三相コモンモードコイル２１３Ａにおけるコイル２１３ａ、２１３ｃ、２１３ｅおよび２１３ｇは互いに磁気結合されている。
コイル２１３ｂ、２１３ｄ、２１３ｆおよび２１３ｈは、１個のコア材に４つの巻き線を巻いて構成された三相コモンモードコイル２１３Ｂを形成する。三相コモンモードコイル２１３Ｂにおけるコイル２１３ｂ、２１３ｄ、２１３ｆおよび２１３ｈは互いに磁気結合されている。
ライン２１２ａ、２１２ｄ、２１２ｇおよび２１２ｊの各ライン間には、Ｘコンデンサ２１４ａ、２１４ｄおよび２１４ｇが設けられている。ライン２１２ｂ、２１２ｅ、２１２ｈおよび２１２ｋの各ライン間には、Ｘコンデンサ２１４ｂ、２１４ｅおよび２１４ｈが設けられている。ライン２１２ｃ、２１２ｆ、２１２ｉおよび２１２ｌの各ライン間には、Ｘコンデンサ２１４ｃ、２１４ｆおよび２１４ｉが設けられている。
ライン２１２ａ、２１２ｄ、２１２ｇおよび２１２ｊにはＹコンデンサ２１５ａが設けられている。ライン２１２ｂ、２１２ｅ、２１２ｈおよび２１２ｋにはＹコンデンサ２１５ｂが設けられている。ライン２１２ｃ、２１２ｆ、２１２ｉおよび２１２ｌにはＹコンデンサ２１５ｃが設けられている。
すなわち、電源フィルタ２１０は、２個の三相コモンモードコイルと、３個のＹコンデンサを有する。このような構成を有する電源フィルタ２１０は、複数相のすべてのラインが磁気結合されたフィルタ回路である。
図５に示すように、スイッチング電源装置２０１が単相交流電源２０２ａに接続される場合、第１端子２１１ａは、単相交流電源２０２ａの正極側電源ラインであるラインＬ２０１と接続される。第２端子２１１ｂは、ラインＬ２０１ａと接続されている。なお、ラインＬ２０１ａは、電源回路２０ａの正極側に接続されている。
第３端子２１１ｃは、単相交流電源２０２ａのいずれのラインにも接続されない。第４端子２１１ｄは、ラインＬ２０２ａと接続されている。なお、ラインＬ２０２ａは、切替回路３０に接続されている。
第５端子２１１ｅは、単相交流電源２０２ａのいずれのラインにも接続されない。第６端子２１１ｆは、ラインＬ２０３ａと接続されている。なお、ラインＬ２０３ａは、切替回路３０ａに接続されている。
第７端子２１１ｇは、単相交流電源２０２ａの負極側電源ラインであるラインＬ２０４と接続される。第８端子２１１ｈは、ラインＬ２０４ａと接続されている。なお、ラインＬ２０４ａは、突入電流防止回路４０に接続されている。
図６に示すように、スイッチング電源装置２０１が二相交流電源２０２ｂに接続される場合、第１端子２１１ａは、二相交流電源２０２ｂの第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２１１と接続される。
第３端子２１１ｃは、二相交流電源２０２ｂの第２相の正極側電源ラインであるＬ２１２と接続される。第５端子２１１ｅは、二相交流電源２０２ｂのいずれのラインにも接続されない。第７端子２１１ｇは、第二相交流電源２ｂの負極側電源ラインであるラインＬ２１４と接続される。
図７に示すように、スイッチング電源装置２０１が三相交流電源２０２ｃに接続される場合、第１端子２１１ａは、三相交流電源２０２ｃの第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２２１と接続される。
第３端子２１１ｃは、三相交流電源２０２ｃの第２相の正極側電源ラインであるＬ２２２と接続される。第５端子２１１ｅは、三相交流電源２０２ｃの第３相の正極側電源ラインであるＬ２２３と接続される。第７端子２１１ｇは、第二相交流電源２０２ｃの負極側電源ラインであるラインＬ２２４と接続される。
（切替回路）
切替回路３０および３０ａは、スイッチング電源装置２０１が単相交流電源２０２ａに接続される場合、単相交流電源２ａからの電力を電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃのすべてに供給する第１モードと、電源回路２０ａのみに供給する第２モードとを切り替える回路である。
また、切替回路３０および３０ａは、スイッチング電源装置２０１が二相交流電源２０２ｂに接続される場合、二相交流電源２ｂの第１相からの電力を電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃのすべてに供給する第１モードと、第１相からの電力を電源回路２０ａに供給するとともに、第２相からの電力を電源回路２０ｂに供給する第２モードとを切り替える回路である。
また、切替回路３０および３０ａは、スイッチング電源装置２０１が三相交流電源２０２ｃに接続される場合、三相交流電源２ｃの第１相からの電力を電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃのすべてに供給する第１モードと、第１相からの電力を電源回路２０ａに供給し、第２相からの電力を電源回路２０ｂに供給し、かつ第３相からの電力を電源回路２０ｃに供給する第２モードとを切り替える回路である。
換言すると、切替回路３０および３０ａは、複数の電源回路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のうちの複数相交流電源の任意の１相（２０ａ）に対応しない電源回路（２０ｂ、２０ｃ）に接続される相を、複数相交流電源の任意の１相、または、当該電源回路が対応する相（２０ｂ、２０ｃ）に切り替えることができる。
切替回路３０の第１端子３１ａは、ラインＬ２０１ａ上の分岐点ｎ２０１で分岐したラインＬ２０１ｂと接続されている。切替回路３０の第２端子３１ｂは、ラインＬ２０２ａと接続されている。切替回路３０の第３端子３１ｃは、ラインＬ２０２ｂと接続されている。なお、ラインＬ２ｂは、電源回路２０ｂの正極側に接続されている。
切替回路３０における切替リレー３２のオフとは、図５ないし図７に示すように、ラインＬ２０１ｂとラインＬ２０２ｂとが接続される状態をいう。また、切替回路３０における切替リレー３２のオンとは、ラインＬ２０２ａとラインＬ２０２ｂとが接続される状態をいう。
切替回路３０ａの第１端子３１ａは、ラインＬ２０２ｂ上の分岐点ｎ２０２で分岐したラインＬ２０２ｃと接続されている。切替回路３０ａの第２端子３１ｂは、ラインＬ２０３ａと接続されている。切替回路３０ａの第３端子３１ｃは、ラインＬ２０３ｂと接続されている。なお、ラインＬ２０３ｂは、電源回路２０ｃの正極側に接続されている。
切替回路３０ａにおける切替リレー３２のオフとは、図５ないし図７に示すように、ラインＬ２０２ｃとラインＬ２０３ｂとが接続される状態をいう。また、切替回路３０ａにおける切替リレー３２のオンとは、ラインＬ２０３ａとラインＬ２０３ｂとが接続される状態をいう。
なお、図５ないし図７では、ラインＬ２０１ａから分岐したラインが接続された切替回路３０の後段において、切替回路３０ａに接続されるラインが分岐しているが、これに限定されない。例えば、ラインＬ２０１ａから分岐したラインが切替回路３０および３０ａに接続されてもよい。
（突入電流防止回路）
突入電流防止回路４０は、電源回路２０ａの負極側ラインであるラインＬ２０４ｂに、電源回路２０ｂの負極側ラインであるラインＬ２０４ｃおよび電源回路２０ｃの負極側ラインであるラインＬ２０４ｄが合流する合流点ｎ２０３よりも交流電源側に設けられ、突入電流を制限する。
なお、図５ないし図７では、合流点ｎ２０３において、各電源回路２０ａ〜２０ｃの負極側ラインが接続されているが、これに限定されない。例えば、ラインＬ２０４ｂとラインＬ２０４ｃとが接続される第１合流点と、ラインＬ２０４ｂとラインＬ２０４ｄとが接続される第２合流点とは、異なっていてもよい。この場合、突入電流防止回路４０は、第１合流点および第２合流点よりも交流電源側に設けられる。
（制御回路）
制御回路５０は、切替回路３０および３０ａに対して切替リレー３２をオン／オフする旨の信号を出力する。また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオン／オフする旨の信号を出力する。
例えば、制御回路５０は、任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を任意の１相に切り替えるように切替回路３０および３０ａを制御し、かつ、突入電流防止回路４０を機能させて、複数の電源回路の電解コンデンサ２１ａの初期充電を行わせる。
具体的には、制御回路５０は、切替回路３０に対して切替リレー３２をオフにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｂをラインＬ２０１ｂに接続する。また、制御回路５０は、切替回路３０ａに対して切替リレー３２をオフにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｃをラインＬ２ｃに接続する。
また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオフにする旨の信号を出力し、突入電流防止回路４０を機能させる。これにより、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電解コンデンサ２１ａの初期充電が行われる。
そして、制御回路５０は、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了した場合に、任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を、この電源回路が対応する相に切り替えるように切替回路３０および３０ａを制御し、かつ、突入電流防止回路４０の機能を停止させる。
具体的には、制御回路５０は、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了すると、切替回路３０に対して切替リレー３２をオンにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｂをラインＬ２０２ａに接続する。また、制御回路５０は、切替回路３０ａに対して切替リレー３２をオンにする旨の信号を出力し、電源回路２０ｃをラインＬ２０３ａに接続する。
また、制御回路５０は、突入電流防止回路４０に対して突入防止リレー４３をオンにする旨の信号を出力し、突入電流防止回路４０の機能を停止させる。これにより、強電バッテリー３の充電が行われる。
（動作の説明）
次に、図８を用いて、スイッチング電源装置２０１の動作の一例について説明する。図８は、スイッチング電源装置２０１の動作の一例を示すフローチャートである。以下に説明する動作は、例えば、単相交流電源２０２ａ、二相交流電源２０２ｂまたは三相交流電源２０２ｃの投入時に開始される。なお、単相交流電源２０２ａ、二相交流電源２０２ｂまたは三相交流電源２０２ｃの投入時、切替回路３０および３０ａの切替リレー３２および突入防止リレー４３はすべてオフである。
まず、ステップＳ２０１で、制御回路５０は、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電解コンデンサ２１ａの初期充電を行うように制御する。具体的には、制御回路５０は、切替回路３０および３０ａの切替リレー３２および突入防止リレー４３をオフのままとする。
切替回路３０および３０ａの切替リレー３２および突入防止リレー４３がすべてオフであるため、交流電源から供給される電力は、ラインＬ２０１ａを経由して電源回路２０ａに供給される。また、交流電源から供給される電力は、ラインＬ２０１ｂおよびラインＬ２０２ｂを経由して電源回路２０ｂに供給される。また、交流電源から供給される電力は、ラインＬ２０２ｃおよびラインＬ２０３ｂを経由して電源回路２０ｃに供給される。また、交流電源から供給される電力は、突入電流防止回路４０の突入電流制限回路４２にも供給される。
これにより、単相交流電源２０２ａの場合、正極側電源ラインであるラインＬ２０１と、負極側電源ラインであるラインＬ２０３との間に、電源回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび突入電流制限回路４２が接続された回路構成となる。また、二相交流電源２０２ｂの場合、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２１１と、中性点ｎ２０４との間に、電源回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび突入電流制限回路４２が接続された回路構成となる。また、三相交流電源２０２ｃの場合、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２２１と、中性点ｎ２０５との間に、電源回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび突入電流制限回路４２が接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに突入電流が流れることを防止しつつ、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電解コンデンサ２１ａの初期充電を行うことができる（第１のモード）。
ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２で、制御回路５０は、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了したか否かを判定する。この判定には、電圧計２１ｂの測定値が用いられる。
電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了していない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０２の処理を繰り返す。一方、電解コンデンサ２１ａの初期充電が完了した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２０３へ進む。
ステップＳ２０３で、制御回路５０は、強電バッテリー３の充電が行われるように制御する。具体的には、制御回路５０は、切替回路３０および３０ａの切替リレー３２および突入防止リレー４３がすべてオンになるように、切替回路３０、３０ａおよび突入電流防止回路４０を制御する。
これにより、単相交流電源２０２ａの場合、単相交流電源２０２ａから供給される電力は、ラインＬ２０１からラインＬ２０１ａを経由して電源回路２０ａに供給される。電源回路２０ｂおよび２０ｃには、単相交流電源２０２ａから電力が供給されない。
これにより、正極側電源ラインであるラインＬ２０１と、負極側電源ラインであるラインＬ２０３との間に、電源回路２０ａが接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａのみが駆動され、強電バッテリー３の充電が行われる（第２のモード）。
また、二相交流電源２０２ｂの場合、二相交流電源２０２ｂから供給される電力は、ラインＬ２１１からラインＬ２０１ａを経由して電源回路２０ａに供給されるとともに、ラインＬ２１２からラインＬ２ａおよびラインＬ２ｂを経由して電源回路２０ｂに供給される。電源回路２０ｃには、二相交流電源２０２ｂから電力が供給されない。
これにより、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２１１と、中性点ｎ２０４との間に、電源回路２０ａが接続されるとともに、第２相の正極側電源ラインであるラインＬ２１２と、中性点ｎ２０４との間に、電源回路２０ｂが接続された回路構成となる。そのため、電源回路２０ａおよび２０ｂが駆動され、強電バッテリー３の充電が行われる（第２のモード）。
また、三相交流電源２０２ｃの場合、三相交流電源２０２ｃから供給される電力は、ラインＬ２２１からラインＬ２０１ａを経由して電源回路２０ａに供給され、ラインＬ２２２からラインＬ２ａおよびラインＬ２ｂを経由して電源回路２０ｂに供給され、ラインＬ２２３からラインＬ２０３ａおよびラインＬ２０３ｂを経由して電源回路２０ｃに供給される。
これにより、第１相の正極側電源ラインであるラインＬ２２１と、中性点ｎ２０５との間に、電源回路２０ａが接続される。また、第２相の正極側電源ラインであるラインＬ２２２と、中性点ｎ２０５との間に、電源回路２０ｂが接続される。また、第３相の正極側電源ラインであるラインＬ２２３と、中性点ｎ２０５との間に、電源回路２０ｃが接続される。このような回路構成となることで、電源回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃのすべてが駆動され、強電バッテリー３の充電が行われる（第２のモード）。
（比較例との比較）
ここで、本実施形態の比較例としてのスイッチング電源装置３０１が三相交流電源２０２ｃに接続された状態を、図９に示す。なお、図９において、図７と同一の構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
図９に示すように、スイッチング電源装置３０１では、電源回路３２０ａ、３２０ｂおよび３２０ｃのそれぞれが、電源フィルタ１１０を有する。
上述のとおり、電源フィルタ１１０は、２個の単相コモンモードコイルと、２個のＹコンデンサを有する。スイッチング電源装置３０１は、電源回路３２０ａ、３２０ｂおよび３２０ｃを有しているため、スイッチング電源装置３０１は、６個の単相コモンモードコイルと、６個のＹコンデンサを有する。
また、電源フィルタ１１０は、切替回路３０、３０ａおよび突入電流防止回路４０よりも強電バッテリー３側に設けられている。このような構成では、切替回路３０、３０ａおよび突入電流防止回路４０のそれぞれのリレー駆動ドライバ回路に、ノイズ除去フィルタ（図９において不図示）が必要となる。
これに対して、本実施形態のスイッチング電源装置２０１では、切替回路３０、３０ａおよび突入電流防止回路４０よりも交流電源側に、複数相のすべてのラインが磁気結合されたフィルタ回路である電源フィルタ２１０を設けた。そのため、切替回路３０、３０ａおよび突入電流防止回路４０のノイズ除去フィルタを不要として、装置を小型化することができる。また、Ｙコンデンサの個数を減らすことができる。
本開示に係るスイッチング電源装置によれば、リレー駆動ドライバ回路のノイズ除去フィルタを不要として、装置を小型化することができ、車載用途に好適である。
１、１０１、２０１、３０１ スイッチング電源装置
２ａ 単相交流電源
２ｂ 二相交流電源
２ｃ 三相交流電源
３ 強電バッテリー
１０、１１０、２１０ 電源フィルタ
１１ａ、１１１ａ、２１１ａ 第１端子
１１ｂ、１１１ｂ、２１１ｂ 第２端子
１１ｃ、１１１ｃ、２１１ｃ 第３端子
１１ｄ、１１１ｄ、２１１ｄ 第４端子
１１ｅ、２１１ｅ 第５端子
１１ｆ、２１１ｆ 第６端子
２１１ｇ 第７端子
２１１ｈ 第８端子
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆ、２１２ｇ、２１２ｈ、２１２ｉ、２１２ｊ、２１２ｋ、２１２ｌ ライン
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ、２１３ｅ、２１３ｆ、２１３ｇ、２１３ｈ コイル
１３Ａ、１３Ｂ、２１３Ａ、２１３Ｂ 三相コモンモードコイル
１１３Ａ、１１３Ｂ 単相コモンモードコイル
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１１４ａ、１１４ｂ、２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ Ｘコンデンサ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１１５ａ、１１５ｂ、２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ Ｙコンデンサ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、１２０ａ、１２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ 電源回路
２１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２１ａ 電解コンデンサ
２１ｂ 電圧計
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０、３０ａ 切替回路
３１ａ 第１端子
３１ｂ 第２端子
３１ｃ 第３端子
３２ 切替リレー
３３ コイル
３４ 駆動回路
４０ 突入電流防止回路
４１ａ 第１端子
４１ｂ 第２端子
４２ 突入電流制限回路
４３ 突入防止リレー
４４ コイル
４５ 駆動回路
５０ 制御回路

Claims (5)

  1. 複数相交流電源の各相に対応する複数の電源回路を備えたスイッチング電源装置であって、
    前記複数の電源回路のうちの前記複数相交流電源の任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を、前記任意の１相、または、当該電源回路が対応する相に切り替え可能な切替回路と、
    前記複数相交流電源の負極側の電源ライン上で、かつ、前記複数の電源回路がそれぞれ接続される接続点よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、突入電流を防止する突入電流防止回路と、
    前記切替回路および前記突入電流防止回路よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、前記複数相の全てのラインが磁気結合されたフィルタ回路と、を備える
    スイッチング電源装置。
  2. 前記切替回路および前記突入電流防止回路を制御する制御回路をさらに備え、
    前記制御回路は、
    前記任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を前記任意の１相に切り替えるように前記切替回路を制御し、かつ、前記突入電流防止回路を機能させて、前記複数の電源回路が備えるそれぞれのコンデンサの初期充電を行わせ、
    前記初期充電が完了した場合に、前記任意の１相に対応しない電源回路に接続される相を当該電源回路が対応する相に切り替えるように前記切替回路を制御し、かつ、前記突入電流防止回路の機能を停止させる、
    請求項１に記載のスイッチング電源装置。
  3. 前記電源回路は、
    交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
    前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
    前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、
    コンデンサと、前記コンデンサの電圧を計測する電圧計とを有し、
    前記制御回路は、
    前記電圧計で計測された電圧値に基づいて、前記コンデンサに対する初期充電が完了したか否かを判定する、
    請求項２に記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記フィルタ回路は、
    前記切替回路よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、前記切替回路と接続される正極側の端子と、
    前記突入電流防止回路よりも前記複数相交流電源側の位置に設けられ、前記突入電流防止回路と接続される負極側の端子と、を備える、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
  5. 前記フィルタ回路は、三相コモンモードコイルを用いたフィルタ回路である、
    請求項１ないし４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
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