JP7241629B2 - 双方向ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電システムなどに用いられるＡＲＣＰ（Auxiliary Resonant Commutated Pole：補助共振転流ポール）回路を備えた双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
夜間に価格の安い電力をバッテリに蓄電しておき、昼間にバッテリからの放電で機器を運転する蓄電システムは、系統電源に接続される双方向インバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリなどを備えて構成される。図９は蓄電システムにおける従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
図９において、Ｃ１は第１の平滑コンデンサ、Ｃ２は第２の平滑コンデンサ、Ｑm1はハイサイドのメインスイッチング素子、Ｑm2はローサイドのメインスイッチング素子、Ｄm1，Ｄm2は逆並列接続のダイオード（寄生ダイオード）、Ｃr1，Ｃr2は共振用のコンデンサ（寄生コンデンサ）、Ｌoutは出力用のリアクトル、１０はＡＲＣＰ回路、１１は転流制御回路、１２は整流回路、Ｌｒは共振用のリアクトル、Ｑt1はハイサイドの転流用スイッチング素子、Ｑt2はローサイドの転流用スイッチング素子、Ｔ０は充放電兼用トランス、ＮL1，ＮH1は一次巻線、ＮHL2は二次巻線、ＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2は整流ダイオード、ＤG1，ＤG2は逆流防止用のダイオードである。
次に、上記のように構成された従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する。〔Ａ〕放電モードと〔Ｂ〕充電モードに分けてそれぞれ説明する。
〔Ａ〕放電モード
〔Ａ１〕出力用のリアクトルＬoutの放電（図１０（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出し、第２の平滑コンデンサＣ２に並列接続されたバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→バッテリＢの経路で電流が流れる。ここで、第１の平滑コンデンサＣ１間の印加電圧、すなわち、端子Ｔp1と端子Ｔn1間の電圧は当該端子間に接続された双方向インバータ（図示省略）に出力され、双方向インバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
〔Ａ１〕出力用のリアクトルＬoutの放電（図１０（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出し、第２の平滑コンデンサＣ２に並列接続されたバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→バッテリＢの経路で電流が流れる。ここで、第１の平滑コンデンサＣ１間の印加電圧、すなわち、端子Ｔp1と端子Ｔn1間の電圧は当該端子間に接続された双方向インバータ（図示省略）に出力され、双方向インバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
〔Ａ２〕転流開始（図１０（ｂ）参照）
転流制御回路１１におけるローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオンされる。すると、上記〔Ａ１〕でハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1を流れていた電流が徐々にローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2の側に転流し、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→ローサイドの一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で電流が流れる。
転流制御回路１１におけるローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオンされる。すると、上記〔Ａ１〕でハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1を流れていた電流が徐々にローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2の側に転流し、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→ローサイドの一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で電流が流れる。
ローサイドの一次巻線ＮL1から二次巻線ＮHL2に誘起された電力により、整流回路１２において、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH1→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→整流ダイオードＤL1→二次巻線ＮHL2の経路と、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH2→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→整流ダイオードＤL2→二次巻線ＮHL2の経路とに電流が流れ、バッテリＢの放電によって第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）に対する充電が行われる（昇圧チョッパ機能）。
ローサイドの一次巻線ＮL1に電流が流れることにより、磁気結合を介して二次巻線ＮHL2に電流が誘起され、さらにこの二次巻線ＮHL2に流れる電流が磁気結合による電磁誘導によってハイサイドの一次巻線ＮH1に上向きの逆起電力Ｅ（太い上向き矢印参照）を発生させる。それに起因して転流制御回路１１に逆流が生じることを回避するために、転流制御回路１１のハイサイド部分に逆流防止用のダイオードＤG1を挿入している。
整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ａ３〕ＬＣ共振（図１１（ａ）参照）
上記〔Ａ２〕の状態で共振用のリアクトルＬｒを流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→共振用のリアクトルＬｒ→ローサイドの一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドラインＬ１→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→共振用のリアクトルＬｒ→一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
上記〔Ａ２〕の状態で共振用のリアクトルＬｒを流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→共振用のリアクトルＬｒ→ローサイドの一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドラインＬ１→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→共振用のリアクトルＬｒ→一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
この場合も、図１０（ｂ）の場合と同様にハイサイドの一次巻線ＮH1に上向きの逆起電力Ｅを発生させる。
整流回路１２での電流の流れは上記〔Ａ２〕と同様のものとなる（図１０（ｂ）参照）。この場合も、整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ａ４〕定常状態への遷移（図１１（ｂ）参照）
そして、共振用のコンデンサＣr2の両端電圧つまりローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm2のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
そして、共振用のコンデンサＣr2の両端電圧つまりローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm2のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンした時点から共振用のリアクトルＬｒに流れる電流が徐々に減少し、それまでバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→ローサイドの一次巻線ＮL1→逆流防止用のダイオードＤG2→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で流れていた電流が、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路の流れへと遷移する。
この場合も、上記同様にハイサイドの一次巻線ＮH1に上向きの逆起電力Ｅを発生させる。
整流回路１２での電流の流れは上記〔Ａ２〕，〔Ａ３〕と同様のものとなる（図１０（ｂ）、図１１（ａ）参照）。この場合も、整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ａ５〕定常状態（図１２（ａ）参照）
共振用のリアクトルＬｒの電流が無くなり、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt2のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積する。
共振用のリアクトルＬｒの電流が無くなり、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt2のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積する。
ローサイドの一次巻線ＮL1には電流が流れないので、整流回路１２では電流が停止する。
〔Ａ６〕転流開始（図１２（ｂ）参照）
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr2へ転流し、共振用のコンデンサＣr2へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm2の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr2へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr2へ転流し、共振用のコンデンサＣr2へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm2の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr2へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
ＡＲＣＰ回路１０を装備させた理由は次のとおりである。
放電モードの場合に図１０（ａ）の状態と図１２（ａ）の状態を突き合わせることで大局的に昇圧チョッパの構成を見ると、第２の平滑コンデンサＣ２の両端子間に出力用のリアクトルＬoutとメインスイッチング素子Ｑm2との直列回路が接続され、さらにメインスイッチング素子Ｑm2の両端子間にダイオードＤm1（ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオード）と第１の平滑コンデンサＣ１との直列回路が接続されていて、これは昇圧チョッパの機能を有している。
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2のスイッチングによって昇圧チョッパの機能を発揮させるのであるが、そのメインスイッチング素子Ｑm2をターンオンさせるに際して、その前段階で、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2をオンにすることでローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2をソフトスイッチング方式でターンオンさせることができ、変換効率を向上させることができる。
〔Ｂ〕充電モード
〔Ｂ１〕出力用のリアクトルＬoutの蓄電（図１３（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積し、バッテリＢ→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路で電流が流れ、バッテリＢに対し充電が行われる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
〔Ｂ１〕出力用のリアクトルＬoutの蓄電（図１３（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積し、バッテリＢ→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路で電流が流れ、バッテリＢに対し充電が行われる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
〔Ｂ２〕転流開始（図１３（ｂ）参照）
転流制御回路１１におけるハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオンする。すると、上記〔Ｂ１〕でローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路を流れていた電流が徐々に転流し、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１の経路での電流に遷移する。すなわち、双方向インバータから端子Ｔp1と端子Ｔn1間に出力された電圧が第１の平滑コンデンサＣ１間に印加され、バッテリＢを充電しつつ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。ハイサイドの一次巻線ＮH1から二次巻線ＮHL2に誘起された電力により、整流回路１２において、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH1→第１の平滑コンデンサＣ１→整流ダイオードＤL1→二次巻線ＮHL2の経路と、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH2→第１の平滑コンデンサＣ１→整流ダイオードＤL2→二次巻線ＮHL2の経路とに電流が流れ、バッテリＢへの充電とともに第１の平滑コンデンサＣ１に対する充放電が行われる（降圧チョッパ機能）。
転流制御回路１１におけるハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオンする。すると、上記〔Ｂ１〕でローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路を流れていた電流が徐々に転流し、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１の経路での電流に遷移する。すなわち、双方向インバータから端子Ｔp1と端子Ｔn1間に出力された電圧が第１の平滑コンデンサＣ１間に印加され、バッテリＢを充電しつつ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。ハイサイドの一次巻線ＮH1から二次巻線ＮHL2に誘起された電力により、整流回路１２において、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH1→第１の平滑コンデンサＣ１→整流ダイオードＤL1→二次巻線ＮHL2の経路と、二次巻線ＮHL2→整流ダイオードＤH2→第１の平滑コンデンサＣ１→整流ダイオードＤL2→二次巻線ＮHL2の経路とに電流が流れ、バッテリＢへの充電とともに第１の平滑コンデンサＣ１に対する充放電が行われる（降圧チョッパ機能）。
ハイサイドの一次巻線ＮH1に電流が流れることにより、磁気結合を介して二次巻線ＮHL2に電流が誘起され、さらにこの二次巻線ＮHL2に流れる電流が磁気結合による電磁誘導によってローサイドの一次巻線ＮL1に上向きの逆起電力Ｅを発生させる。それに起因して転流制御回路１１に逆流が生じることを回避するために、転流制御回路１１のローサイド部分に逆流防止用のダイオードＤG2を挿入している。
整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ｂ３〕ＬＣ共振（図１４（ａ）参照）
上記〔Ｂ２〕の状態で共振用のリアクトルＬｒを流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
上記〔Ｂ２〕の状態で共振用のリアクトルＬｒを流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
この場合も、図１３（ｂ）の場合と同様にローサイドの一次巻線ＮL1に上向きの逆起電力Ｅを発生させる。
整流回路１２での電流の流れは上記〔Ｂ２〕と同様のものとなる（図１３（ｂ）参照）。この場合も、整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ｂ４〕定常状態への遷移（図１４（ｂ）参照）
そして、共振用のコンデンサＣr1の両端電圧つまりハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm1のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
そして、共振用のコンデンサＣr1の両端電圧つまりハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm1のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンした時点から共振用のリアクトルＬｒに流れる電流が徐々に減少し、それまで第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→ハイサイドの一次巻線ＮH1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路で流れていた電流が、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路の流れへと遷移する。
この場合も、上記同様にローサイドの一次巻線ＮL1に上向きの逆起電力Ｅを発生させる。
整流回路１２での電流の流れは上記〔Ｂ２〕，〔Ｂ３〕と同様のものとなる（図１３（ｂ）、図１４（ａ）参照）。この場合も、整流回路１２において導通状態となっている整流ダイオードはＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。
〔Ｂ５〕定常状態（図１５（ａ）参照）
共振用のリアクトルＬｒの電流が無くなり、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt1のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出する。
共振用のリアクトルＬｒの電流が無くなり、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt1のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出する。
ハイサイドの一次巻線ＮH1には電流が流れないので、整流回路１２では電流が停止する。
〔Ｂ６〕転流開始（図１５（ｂ）参照）
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr1へ転流し、共振用のコンデンサＣr1へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm1の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr1へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。この状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→共振用のコンデンサＣr1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr1へ転流し、共振用のコンデンサＣr1へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm1の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr1へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。この状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→共振用のコンデンサＣr1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。
上記の〔Ｂ１〕～〔Ｂ６〕のように推移する動作において、転流制御回路１１から整流回路１２への磁気結合による電磁誘導の状態は次のようになっている。
充電モードの場合に図１３（ａ）の状態と図１５（ａ）の状態を突き合わせることで大局的に降圧チョッパの構成を見ると、第１の平滑コンデンサＣ１の両端子間にメインスイッチング素子Ｑm1とダイオードＤm2（ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオード）との直列回路が接続され、さらにダイオードＤm2の両端子間に出力用のリアクトルＬoutと第２の平滑コンデンサＣ２との直列回路が接続されていて、これは降圧チョッパの機能を有している。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1のスイッチングによって降圧チョッパの機能を発揮させるのであるが、そのメインスイッチング素子Ｑm1をターンオンさせるに際して、その前段階で、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1をオンにすることでハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1をソフトスイッチング方式でターンオンさせることができ、変換効率を向上させることができる。
"高効率・双方向絶縁型ＤＣＤＣコンバータ"、[online]、2014年、ポニー電機株式会社、［令和元年7月5日検索］、インターネット<URL:http://pony-e.jp/High_efficiency_bi-directional_insulated_DCDCconverter.pdf>
上記の従来例にあっては、ＡＲＣＰ回路１０における転流制御回路１１と整流回路１２とを磁気結合するトランスＴ０を充放電兼用のトランスとしている。すなわち、トランスＴ０の一次巻線を、ハイサイドの一次巻線ＮH1とローサイドの一次巻線ＮL1とを直結したセンタータップ方式の巻線としている。二次巻線ＮHL2はセンタータップ方式の一対の一次巻線ＮH1，ＮL1に共通の巻線となっている。鉄心がハイサイドの一次巻線ＮH1、ローサイドの一次巻線ＮL1および二次巻線ＮHL2の３つの巻線で共有されているため、上記したように、放電モードにおいては、ローサイドの一次巻線ＮL1に電流が流れることに起因してハイサイドの一次巻線ＮH1に上向きの逆起電力Ｅが発生し、また、充電モードにおいては、ハイサイドの一次巻線ＮH1に電流が流れることに起因してローサイドの一次巻線ＮL1に上向きの逆起電力Ｅが発生することになる。そこで、転流制御回路１１に逆流が生じることを回避するために、逆流防止用のダイオードＤG1，ＤG2を挿入している。
しかし、これら２つの逆流防止用のダイオードＤG1，ＤG2に電流が流れる期間は全期間の約半分ほどもあり（図１０（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）参照），大きな損失を招いていた。
近時の蓄電システムにあっては、コスト低減のために蓄電池の直列数を減らす傾向にある。しかし、蓄電池の直列数を減らすと電池電圧も低下するため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける昇降圧チョッパの昇降圧比を増加させなければならず、それが原因で変換効率の悪化を招いていた。
上記したＡＲＣＰ回路を備えた双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＲＣＰ回路を備えないものに比べて変換効率が優れているものの、上記した逆流防止に起因する損失のため、近時の昇降圧チョッパの昇降圧比の増加に伴う変換効率の悪化を補う観点からは、さらなる改良の余地が残されていた。
本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに関して、変換効率のさらなる改善を図ることを目的としている。
本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。
本発明による双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第１の平滑コンデンサと、
他方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記一方端側のハイサイド入出力端子と前記他方端側のハイサイド入出力端子とを接続するハイサイドラインに挿入された、ハイサイドのメインスイッチング素子と出力用のリアクトルとの直列回路と、
前記一方端側のローサイド入出力端子と前記他方端側のローサイド入出力端子とを接続するローサイドラインと、前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記出力用のリアクトルとを接続する第１の接続ノードとの間に挿入されたローサイドのメインスイッチング素子と、
転流制御回路と整流回路からなり、前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続されたＡＲＣＰ回路とを備え、
前記転流制御回路は、
前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に配置されたハイサイドの転流用スイッチング素子とローサイドの転流用スイッチング素子との直列回路と、
前記第１の接続ノードに一端が接続された共振用のリアクトルと、
前記ハイサイドの転流用スイッチング素子と前記ローサイドの転流用スイッチング素子とを接続する第２の接続ノードと前記共振用のリアクトルの他端との間に一次巻線が接続されたトランスとを有し、
前記整流回路は、前記トランスの二次巻線に誘起される電力を受電可能な状態で前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続され、前記第１の平滑コンデンサに対して前記ハイサイドライン側から前記ローサイドライン側に向けた一方向にのみ電流を供給するように構成され、
前記トランスにおける前記一次巻線は、センタータップを有しない１つ巻線方式の巻線で構成されていることを特徴とする。
一方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第１の平滑コンデンサと、
他方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記一方端側のハイサイド入出力端子と前記他方端側のハイサイド入出力端子とを接続するハイサイドラインに挿入された、ハイサイドのメインスイッチング素子と出力用のリアクトルとの直列回路と、
前記一方端側のローサイド入出力端子と前記他方端側のローサイド入出力端子とを接続するローサイドラインと、前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記出力用のリアクトルとを接続する第１の接続ノードとの間に挿入されたローサイドのメインスイッチング素子と、
転流制御回路と整流回路からなり、前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続されたＡＲＣＰ回路とを備え、
前記転流制御回路は、
前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に配置されたハイサイドの転流用スイッチング素子とローサイドの転流用スイッチング素子との直列回路と、
前記第１の接続ノードに一端が接続された共振用のリアクトルと、
前記ハイサイドの転流用スイッチング素子と前記ローサイドの転流用スイッチング素子とを接続する第２の接続ノードと前記共振用のリアクトルの他端との間に一次巻線が接続されたトランスとを有し、
前記整流回路は、前記トランスの二次巻線に誘起される電力を受電可能な状態で前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続され、前記第１の平滑コンデンサに対して前記ハイサイドライン側から前記ローサイドライン側に向けた一方向にのみ電流を供給するように構成され、
前記トランスにおける前記一次巻線は、センタータップを有しない１つ巻線方式の巻線で構成されていることを特徴とする。
本発明にあっては、転流制御回路と整流回路との磁気結合のためのトランスについて、その一次巻線の構成および配線位置に特徴がある。従来例にあっては、トランスの一次巻線は、ハイサイドの充電用の一次巻線（ＮH1）とローサイドの放電用の一次巻線（ＮL1）とがセンタータップで直結された“２つ巻線方式”となっており、機能面で充電用と放電用とに役割分担がなされている。これに対して、本発明のトランスの一次巻線は、上記のようにセンタータップを有しない“１つ巻線方式”の巻線に構成されていて、充電機能と放電機能とが１つ巻線において共用化されている。
そして、このように１つ巻線方式で充電機能と放電機能とが共用化された構成をトランスの一次巻線で採用するために、一次巻線の配線位置を共振用のリアクトルの接続点（第１の接続ノード）とハイサイド・ローサイドの一対の転流用スイッチング素子どうしの接続点（第２の接続ノード）との間としている。
従来例の場合は、ハイサイドラインとローサイドラインとの間でハイサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt1）とローサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt2）を含むライン上において、ハイサイドの充電用の一次巻線（ＮH1）とローサイドの放電用の一次巻線（ＮL1）とがセンタータップを介在させて直列に接続されている。そのような回路構成であるために、共振用のリアクトル（Ｌｒ）およびローサイドの放電用の一次巻線（ＮL1）を通る電流がローサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt2）を流れる放電モードにおいてトランスの二次巻線（ＮHL2）を介しての逆起電力によりハイサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt1）の側に流れ込むことがないように、逆流防止用のダイオード（ＤG1）の追加を必要としていた。また、共振用のリアクトル（Ｌｒ）およびハイサイドの充電用の一次巻線（ＮH1）を通る電流がハイサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt1）を流れる充電モードにおいて二次巻線（ＮHL2）を介しての逆起電力によりローサイドの転流用スイッチング素子（Ｑt2）の側に流れ込むことがないように、逆流防止用のダイオード（ＤG2）の追加を必要としていた。
これに対して、本発明にあっては、ハイサイドラインとローサイドラインとの間にあってハイサイドの転流用スイッチング素子とローサイドの転流用スイッチング素子を含むライン上にはトランスの一次巻線は挿入されておらず、そのラインに対して１つ巻線方式の一次巻線（共振用のリアクトルとの接続点とは反対側の接続点）が接続されている回路構成となっている。その結果として、ＡＲＣＰ回路でソフトスイッチングの共振動作をさせるに際し、出力用のリアクトル、共振用のリアクトルおよび１つ巻線方式の一次巻線を通る電流がローサイドの転流用スイッチング素子を流れる放電モードにおいてハイサイドの転流用スイッチング素子の側に流れ込むことはない。また、同じ電流がハイサイドの転流用スイッチング素子を流れる充電モードにおいてローサイドの転流用スイッチング素子の側に流れ込むことはない。したがって、ＡＲＣＰ回路のハイサイド部分にもローサイド部分にも従来例のように逆流防止用のダイオードを挿入する必要がなくなり、その逆流防止用のダイオードで消費される電力を節約することが可能となる。
上記構成の本発明の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータには、次のようないくつかの好ましい態様ないし変化・変形の態様がある。
〔１〕前記転流制御回路において、前記ハイサイドの転流用スイッチング素子のハイサイド端子は前記ハイサイドラインに接続され、前記ローサイドの転流用スイッチング素子のローサイド端子は前記ローサイドラインに接続され、前記ハイサイドの転流用スイッチング素子のローサイド端子および前記ローサイドの転流用スイッチング素子のハイサイド端子は共通接続されているとともに前記一次巻線に接続されている、という態様がある。この構成によれば、部品点数が少なく回路構成が簡素であり、信頼性の向上とコスト低減が図られる。
〔２〕また、前記トランスの前記一次巻線に磁気結合される二次巻線は、センタータップ方式の巻線である、という態様がある。この構成は、さらに次の２つのケースに分かれる。
〔３〕前記整流回路は、前記トランスの前記センタータップ方式の二次巻線における第１の二次巻線と第２の二次巻線とを接続するセンタータップが前記ローサイドラインに直接に接続され、前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の両端部のうち前記センタータップとは反対側の端部がそれぞれ整流ダイオードを介して前記ハイサイドラインに接続されている、という態様がある。
〔４〕また、前記整流回路は、前記トランスの前記センタータップ方式の二次巻線における第１の二次巻線と第２の二次巻線とを接続するセンタータップが前記ハイサイドラインに直接に接続され、前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の両端部のうち前記センタータップとは反対側の端部がそれぞれ整流ダイオードを介して前記ローサイドラインに接続されている、という態様がある。
これらの整流回路の構成によれば、第１の平滑コンデンサへ充電を行わせるために備える整流ダイオードの回路構成が簡素化され、整流ダイオードでの損失を低減することが可能となる。
本発明によれば、ＡＲＣＰ回路でソフトスイッチングの共振動作において、トランスの一次巻線として、充電機能と放電機能とを共用するものでセンタータップを有しない１つ巻線方式に構成し、ハイサイドおよびローサイドの２つの転流用スイッチング素子を含む状態でハイサイドライン・ローサイドライン間にわたされるライン上には配置せずに、そのラインに対して単に一次巻線（共振用のリアクトルとの接続点とは反対側の接続点）を接続する回路構成としたので、従来例で問題となっていたローサイドの一次巻線とハイサイドの一次巻線との励磁の相互干渉による逆起電力の発生を防止して、従来必要とした逆流防止用のダイオードを省略でき、電力消費の節約を図ることができる。
以下、上記構成の本発明の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにつき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。
〔実施例〕
図１は本発明の実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図１において、Ｔp1は双方向インバータ側（本発明の「一方端側」）のハイサイド入出力端子、Ｔn1は双方向インバータ側のローサイド入出力端子、Ｔp2はバッテリ側（本発明の「他方端側」）のハイサイド入出力端子、Ｔn2はバッテリ側のローサイド入出力端子、Ｌ１はハイサイド入出力端子Ｔp1とハイサイド入出力端子Ｔp2とを接続するハイサイドライン、Ｌ２はローサイド入出力端子Ｔn1とローサイド入出力端子Ｔn2とを接続するローサイドライン、Ｃ１はインバータ側のハイサイド入出力端子Ｔp1とローサイド入出力端子Ｔn1との間に接続された第１の平滑コンデンサ、Ｃ２はバッテリ側のハイサイド入出力端子Ｔp2とローサイド入出力端子Ｔn2との間に接続された第２の平滑コンデンサ、Ｑm1はハイサイドのメインスイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）、Ｑm2はローサイドのメインスイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）、Ｄm1はハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の両端子間（ドレイン・ソース間）の逆並列接続のダイオード（寄生ダイオード）、Ｃr1は同じ両端子間の共振用のコンデンサ、Ｄm2はローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の両端子間（ドレイン・ソース間）の逆並列接続のダイオード（寄生ダイオード）、Ｃr2は同じ両端子間の共振用のコンデンサ、Ｌoutは出力用のリアクトルである。
図１は本発明の実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図１において、Ｔp1は双方向インバータ側（本発明の「一方端側」）のハイサイド入出力端子、Ｔn1は双方向インバータ側のローサイド入出力端子、Ｔp2はバッテリ側（本発明の「他方端側」）のハイサイド入出力端子、Ｔn2はバッテリ側のローサイド入出力端子、Ｌ１はハイサイド入出力端子Ｔp1とハイサイド入出力端子Ｔp2とを接続するハイサイドライン、Ｌ２はローサイド入出力端子Ｔn1とローサイド入出力端子Ｔn2とを接続するローサイドライン、Ｃ１はインバータ側のハイサイド入出力端子Ｔp1とローサイド入出力端子Ｔn1との間に接続された第１の平滑コンデンサ、Ｃ２はバッテリ側のハイサイド入出力端子Ｔp2とローサイド入出力端子Ｔn2との間に接続された第２の平滑コンデンサ、Ｑm1はハイサイドのメインスイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）、Ｑm2はローサイドのメインスイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）、Ｄm1はハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の両端子間（ドレイン・ソース間）の逆並列接続のダイオード（寄生ダイオード）、Ｃr1は同じ両端子間の共振用のコンデンサ、Ｄm2はローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の両端子間（ドレイン・ソース間）の逆並列接続のダイオード（寄生ダイオード）、Ｃr2は同じ両端子間の共振用のコンデンサ、Ｌoutは出力用のリアクトルである。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1と出力用のリアクトルＬoutとの直列回路がハイサイドラインＬ１に挿入されている。ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1はそのドレインがインバータ側のハイサイド入出力端子Ｔp1に接続され、そのソースが出力用のリアクトルＬoutの一端に接続され、出力用のリアクトルＬoutの他端がバッテリ側のハイサイド入出力端子Ｔp2に接続されている。ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2は、そのドレインがハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1と出力用のリアクトルＬoutとの接続点である第１の接続ノードＮ１に接続され、そのソースがローサイドラインＬ２に接続されている。
１０はハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続されたＡＲＣＰ（補助共振転流ポール）回路であり、転流制御回路１１と整流回路１２を備えている。
転流制御回路１１の構成要素として、Ｌｒは共振用のリアクトル、Ｔ１はトランス（ＡＲＣＰトランス）、Ｑt1はハイサイドの転流用スイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）、Ｑt2はローサイドの転流用スイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）である。ＬT1はトランスＴ１の一次巻線で、この一次巻線ＬT1はセンタータップを有しない１つ巻線方式の巻線に構成されている。ＬT2はトランスＴ１のセンタータップ方式の二次巻線、ＬT21は二次巻線ＬT2における第１の二次巻線 、ＬT22は二次巻線ＬT2における第２の二次巻線である。
共振用のリアクトルＬｒの一端は第１の接続ノードＮ１に接続され、共振用のリアクトルＬｒの他端はトランスＴ１における一次巻線ＬT1の一端に接続されている。
転流制御回路１１の構成要素であるハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1のハイサイド端子（ドレイン）はハイサイドラインＬ１に接続され、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2のローサイド端子（ソース）はローサイドラインＬ２に接続され、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1のローサイド端子およびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2のハイサイド端子は共通接続されている。この共通接続の接続点が第２の接続ノードＮ２である。さらに、１つ巻線方式の一次巻線ＬT1の他端（共振用のリアクトルＬｒとの接続点とは反対側の接続点）は第２の接続ノードＮ２に接続されている。
つまり、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1とローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2とは直接に接続され（共通接続点Ｎ２）、トランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1は、その一端が共振用のリアクトルＬｒに接続され、その他端がハイサイド・ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2の共通接続点である第２の接続ノードＮ２に接続されている。
トランスＴ１において、１つ巻線方式の一次巻線ＬT1に磁気結合される二次巻線ＬT2は、センタータップ方式の巻線に構成されている。すなわち、センタータップ方式の二次巻線ＬT2は、第１の二次巻線ＬT21と第２の二次巻線ＬT22とからなり、これらの巻線Ｌ21と巻線Ｌ22とがセンタータップにおいて結線された構成を有している。
整流回路１２は、トランスＴ１におけるセンタータップ方式の二次巻線ＬT2に接続された第１の整流ダイオードＤ１と第２の整流ダイオードＤ２を有している。二次巻線ＬT2における第１の二次巻線ＬT21と第２の二次巻線ＬT22とを接続するセンタータップがローサイドラインＬ２に直接に接続され、第１の二次巻線ＬT21の両端部のうちセンタータップとは反対側の端部が第１の整流ダイオードＤ１を介してハイサイドラインＬ１に接続され、同様に第２の二次巻線ＬT22の両端部のうちセンタータップとは反対側の端部が第２の整流ダイオードＤ２を介してハイサイドラインＬ１に接続されている。
この構成によれば、第１の平滑コンデンサＣ１へ充電を行わせるための整流回路１２の回路構成が簡素化され、整流ダイオードでの損失を低減することが可能となっている。
共振用のリアクトルＬｒとトランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1との直列回路は、ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1、ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2および出力用のリアクトルＬoutを共通に接続する第１の接続ノードＮ１と、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1とローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2とを接続する第２の接続ノードＮ２との間に接続されている。
整流回路１２は、トランスＴ１において１つ巻線方式の一次巻線ＬT1からセンタータップ方式の二次巻線ＬT2に誘起される電力を受電可能な状態でハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続されている。整流回路１２における第１の整流ダイオードＤ１、第２の整流ダイオードＤ２はいずれも、第１の平滑コンデンサＣ１に対してハイサイドラインＬ１側からローサイドラインＬ２側に向けた一方向にのみ電流を供給する。
次に、上記のように構成された実施例の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する。
（Ａ）放電モード
（Ａ１）出力用のリアクトルＬoutの放電（図２（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出し、第２の平滑コンデンサＣ２に並列接続されたバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→バッテリＢの経路で電流が流れる。ここで、第１の平滑コンデンサＣ１間の印加電圧、すなわち、ハイサイド入出力端子Ｔp1とローサイド入出力端子Ｔn1間の電圧は当該端子間に接続された双方向インバータ（図示省略）に出力され、双方向インバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
（Ａ１）出力用のリアクトルＬoutの放電（図２（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出し、第２の平滑コンデンサＣ２に並列接続されたバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→バッテリＢの経路で電流が流れる。ここで、第１の平滑コンデンサＣ１間の印加電圧、すなわち、ハイサイド入出力端子Ｔp1とローサイド入出力端子Ｔn1間の電圧は当該端子間に接続された双方向インバータ（図示省略）に出力され、双方向インバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
（Ａ２）転流開始（図２（ｂ）参照）
転流制御回路１１におけるローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオンすると、上記（Ａ１）でハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1を流れていた電流が徐々にローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2の側に転流し、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→トランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で電流が流れる。
転流制御回路１１におけるローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオンすると、上記（Ａ１）でハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の逆並列接続の寄生ダイオードＤm1を流れていた電流が徐々にローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2の側に転流し、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→トランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で電流が流れる。
１つ巻線方式の一次巻線ＬT1から二次巻線ＬT2に誘起された電力により、整流回路１２において、第１の二次巻線ＬT21→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ローサイドラインＬ２→二次巻線ＬT2のセンタータップの経路と、第２の二次巻線ＬT22→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ローサイドラインＬ２→二次巻線ＬT2のセンタータップの経路とに電流が流れ、バッテリＢの放電によって第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）に対する充電が行われる（昇圧チョッパ機能）。
（Ａ３）ＬＣ共振（図３（ａ）参照）
上記（Ａ２）の状態で共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1を流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→共振用のリアクトルＬｒ→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドラインＬ１→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→共振用のリアクトルＬｒ→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
上記（Ａ２）の状態で共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1を流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→共振用のリアクトルＬｒ→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドラインＬ１→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→共振用のリアクトルＬｒ→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→ローサイドラインＬ２→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
なお、整流回路１２での電流の流れは上記（Ａ２）と同様のものとなる（図２（ｂ）参照）。
（Ａ４）定常状態への遷移（図３（ｂ）参照）
そして、共振用のコンデンサＣr2の両端電圧つまりローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm2のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
そして、共振用のコンデンサＣr2の両端電圧つまりローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm2のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオンした時点から共振用のリアクトルＬｒに流れる電流が徐々に減少し、それまでバッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→共振用のリアクトルＬｒ→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2→バッテリＢの経路で流れていた電流が、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路の流れへと遷移する。
なお、整流回路１２での電流の流れは上記（Ａ２），（Ａ３）と同様のものとなる（図２（ｂ）、図３（ａ）参照）。
（Ａ５）定常状態（図４（ａ）参照）
共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1の電流が無くなり、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt2のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積する。
共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1の電流が無くなり、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt2のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、バッテリＢ→出力用のリアクトルＬout→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2→バッテリＢの経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積する。
１つ巻線方式の一次巻線ＬT1には電流が流れないので、整流回路１２では電流は流れない。
（Ａ６）転流開始（図４（ｂ）参照）
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオフすると、その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr2へ転流し、共振用のコンデンサＣr2へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm2の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr2へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2がターンオフすると、その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr2へ転流し、共振用のコンデンサＣr2へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm2の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr2へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
上記の（Ａ１）～（Ａ６）のように推移する動作において、転流制御回路１１から整流回路１２への磁気結合による電磁誘導の状態は次のようになっている。
上記において、ＡＲＣＰ回路１０における転流制御回路１１と整流回路１２との間を磁気結合するトランスＴ１の一次巻線ＬT1がセンタータップを有しない１つ巻線方式の巻線に構成されていて、従来例のような二次巻線側から一次巻線側への磁気的逆作用が生じないようにしている。
放電モードにおいて、ローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt2をオンにすることで１つ巻線方式の一次巻線ＬT1に電流を流すとき、磁気結合によって整流回路１２でセンタータップ方式の二次巻線ＬT2に電流が誘起されるが、二次巻線側から一次巻線側への磁気的逆作用が生じることがなく、また、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2を含む状態でハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に架け渡されたライン上には二次巻線ＬT2からの誘導に反応する巻線（インダクタンス成分）が存在しないので、転流制御回路１１のハイサイド部分に従来例のような逆流防止用のダイオードＤG1を挿入する必要がない。
（Ｂ）充電モード
（Ｂ１）出力用のリアクトルＬoutの蓄電（図５（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積し、バッテリＢ→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路で電流が流れ、バッテリＢに対し充電が行われる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
（Ｂ１）出力用のリアクトルＬoutの蓄電（図５（ａ）参照）
ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Ｑm1，Ｑm2、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2のいずれもがオフ状態にあって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを蓄積し、バッテリＢ→ローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路で電流が流れ、バッテリＢに対し充電が行われる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路１１には電流は流れず、整流回路１２にも電流は流れない。
（Ｂ２）転流開始（図５（ｂ）参照）
転流制御回路１１におけるハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオンすると、上記（Ｂ１）でローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路を流れていた電流が徐々に転流し、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→トランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路での電流に遷移する。すなわち、双方向インバータから端子Ｔp1と端子Ｔn1間に出力された電圧が第１の平滑コンデンサＣ１間に印加され、バッテリＢを充電しつつ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。
転流制御回路１１におけるハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオンすると、上記（Ｂ１）でローサイドのメインスイッチング素子Ｑm2の逆並列接続の寄生ダイオードＤm2→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢの経路を流れていた電流が徐々に転流し、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→トランスＴ１における１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路での電流に遷移する。すなわち、双方向インバータから端子Ｔp1と端子Ｔn1間に出力された電圧が第１の平滑コンデンサＣ１間に印加され、バッテリＢを充電しつつ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して端子Ｔp1から端子Ｔn1に向けて電流が流れる。
１つ巻線方式の一次巻線ＬT1からハイサイドの二次巻線ＬT2に誘起された電力により、整流回路１２において、第１の二次巻線ＬT21→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ローサイドラインＬ２→二次巻線ＬT2のセンタータップの経路と、第２の二次巻線ＬT22→ハイサイドラインＬ１→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ローサイドラインＬ２→二次巻線ＬT2のセンタータップの経路とに電流が流れ、バッテリＢへの充電とともに第１の平滑コンデンサＣ１に対する充放電が行われる。
（Ｂ３）ＬＣ共振（図６（ａ）参照）
上記（Ｂ２）の状態で共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1を流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
上記（Ｂ２）の状態で共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1を流れる電流が出力用のリアクトルＬoutを流れる電流を超えると、共振用のコンデンサＣr1，Ｃr2が充放電を開始する。すなわち、共振用のコンデンサＣr1→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr1の経路と、共振用のコンデンサＣr2→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→共振用のコンデンサＣr2の経路で電流が流れ、共振動作が開始される。
なお、整流回路１２での電流の流れは上記（Ｂ２）と同様のものとなる（図５（ｂ）参照）。
（Ｂ４）定常状態への遷移（図６（ｂ）参照）
そして、共振用のコンデンサＣr1の両端電圧つまりハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm1のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
そして、共振用のコンデンサＣr1の両端電圧つまりハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1の印加電圧が０レベルになった時点でそのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンする。このメインスイッチング素子Ｑm1のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング（ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオンした時点から共振用のリアクトルＬｒに流れる電流が徐々に減少し、それまで第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1→１つ巻線方式の一次巻線ＬT1→共振用のリアクトルＬｒ→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路で流れていた電流が、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路の流れへと遷移する。
なお、整流回路１２での電流の流れは上記（Ｂ２），（Ｂ３）と同様のものとなる（図５（ｂ）、図６（ａ）参照）。
（Ｂ５）定常状態（図７（ａ）参照）
共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1の電流が無くなり、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt1のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出する。
共振用のリアクトルＬｒおよび１つ巻線方式の一次巻線ＬT1の電流が無くなり、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1がターンオフする。この転流用スイッチング素子Ｑt1のターンオフはソフトスイッチング（ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ））を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。したがって、出力用のリアクトルＬoutがエネルギーを放出する。
１つ巻線方式の一次巻線ＬT1には電流が流れないので、整流回路１２では電流は流れない。
（Ｂ６）転流開始（図７（ｂ）参照）
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオフすると、その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr1へ転流し、共振用のコンデンサＣr1へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm1の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr1へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
ハイサイドのメインスイッチング素子Ｑm1がターンオフすると、その瞬間から電流が共振用のコンデンサＣr1へ転流し、共振用のコンデンサＣr1へ充電が行われる。メインスイッチング素子Ｑm1の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用のコンデンサＣr1へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。
この状態では、電流は、第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）→共振用のコンデンサＣr1→出力用のリアクトルＬout→バッテリＢ→第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）の経路のみを流れることになる。
上記の（Ｂ１）～（Ｂ６）のように推移する動作において、転流制御回路１１から整流回路１２への磁気結合による電磁誘導の状態は次のようになっている。
充電モードにおいて、ハイサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1をオンにすることで１つ巻線方式の一次巻線ＬT1に電流を流すとき、磁気結合によって整流回路１２でセンタータップ方式の二次巻線ＬT2に電流が誘起されるが、二次巻線側から一次巻線側への磁気的逆作用が生じることがなく、また、ハイサイドおよびローサイドの転流用スイッチング素子Ｑt1，Ｑt2を含む状態でハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に架け渡されたライン上には二次巻線ＬT2にからの誘導に反応する巻線（インダクタンス成分）が存在しないので、転流制御回路１１のローサイド部分に従来例のような逆流防止用のダイオードＤG2を挿入する必要がない。
さらに、整流回路１２におけるダイオード損失も低減することができる。放電モードでも充電モードでも、二次巻線ＬT2に誘起された電流が第１の平滑コンデンサＣ１（双方向インバータ）へ流入するときに通るダイオードの個数は、整流ダイオードＤ１，Ｄ２の２つである（図２（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）参照）。従来例の場合には、放電モードでも充電モードでも、誘起された電流が通るダイオードの個数は整流ダイオードＤH1，ＤH2，ＤL1，ＤL2の４つすべてである。したがって、本発明実施例の場合には、整流回路１２におけるダイオード損失を半減することができる。
なお、ＡＲＣＰ回路１０における整流回路１２の構成について、本発明の別の実施例として図８の回路図のように構成してもよい。
図８の実施例においては、整流回路１２は、ローサイドラインＬ２にアノードが接続された第１の整流ダイオードＤ１が第１の二次巻線ＬT21の両端部のうちセンタータップとは反対側の端部に接続され、ローサイドラインＬ２にアノードが接続された第２の整流ダイオードＤ２が第２の二次巻線ＬT22の両端部のうちセンタータップとは反対側の端部に接続され、第１の二次巻線ＬT21と第２の二次巻線ＬT22とを接続するセンタータップがハイサイドラインＬ１に直接に接続されている。
本発明は、ＡＲＣＰ回路を備えた双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに関して、変換効率の向上を図る技術として有用である。
１０ ＡＲＣＰ回路
１１ 転流制御回路
１２ 整流回路
Ｂ バッテリ
Ｃ１ 第１の平滑コンデンサ
Ｃ２ 第２の平滑コンデンサ
Ｌ１ ハイサイドライン
Ｌ２ ローサイドライン
Ｌout 出力用のリアクトル
Ｌｒ 共振用のリアクトル
Ｎ１ 第１の接続ノード
Ｎ２ 第２の接続ノード
ＬT1 センタータップを有しない１つ巻線方式の一次巻線
ＬT2 二次巻線
ＬT21 第１の二次巻線
ＬT22 第２の二次巻線
Ｑm1 ハイサイドのメインスイッチング素子
Ｑm2 ローサイドのメインスイッチング素子
Ｑt1 ハイサイドの転流用スイッチング素子
Ｑt2 ローサイドの転流用スイッチング素子
Ｔp1 インバータ側のハイサイド入出力端子
Ｔn1 インバータ側のローサイド入出力端子
Ｔp2 バッテリ側のハイサイド入出力端子
Ｔn2 バッテリ側のローサイド入出力端子
Ｔ１ トランス
１１ 転流制御回路
１２ 整流回路
Ｂ バッテリ
Ｃ１ 第１の平滑コンデンサ
Ｃ２ 第２の平滑コンデンサ
Ｌ１ ハイサイドライン
Ｌ２ ローサイドライン
Ｌout 出力用のリアクトル
Ｌｒ 共振用のリアクトル
Ｎ１ 第１の接続ノード
Ｎ２ 第２の接続ノード
ＬT1 センタータップを有しない１つ巻線方式の一次巻線
ＬT2 二次巻線
ＬT21 第１の二次巻線
ＬT22 第２の二次巻線
Ｑm1 ハイサイドのメインスイッチング素子
Ｑm2 ローサイドのメインスイッチング素子
Ｑt1 ハイサイドの転流用スイッチング素子
Ｑt2 ローサイドの転流用スイッチング素子
Ｔp1 インバータ側のハイサイド入出力端子
Ｔn1 インバータ側のローサイド入出力端子
Ｔp2 バッテリ側のハイサイド入出力端子
Ｔn2 バッテリ側のローサイド入出力端子
Ｔ１ トランス
Claims (5)
- 一方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第１の平滑コンデンサと、
他方端側のハイサイド入出力端子とローサイド入出力端子との間に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記一方端側のハイサイド入出力端子と前記他方端側のハイサイド入出力端子とを接続するハイサイドラインに挿入された、ハイサイドのメインスイッチング素子と出力用のリアクトルとの直列回路と、
前記一方端側のローサイド入出力端子と前記他方端側のローサイド入出力端子とを接続するローサイドラインと、前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記出力用のリアクトルとを接続する第１の接続ノードとの間に挿入されたローサイドのメインスイッチング素子と、
転流制御回路と整流回路からなり、前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続されたＡＲＣＰ回路とを備え、
前記他方端側のハイサイド入出力端子と前記ローサイド入出力端子との間にバッテリが接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記転流制御回路は、
前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に配置されたハイサイドの転流用スイッチング素子とローサイドの転流用スイッチング素子との直列回路と、
前記第１の接続ノードに一端が接続された共振用のリアクトルと、
前記ハイサイドの転流用スイッチング素子と前記ローサイドの転流用スイッチング素子とを接続する第２の接続ノードと前記共振用のリアクトルの他端との間に一次巻線が接続されたトランスとを有し、
前記整流回路は、前記トランスの二次巻線に誘起される電力を受電可能な状態で前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に接続され、前記第１の平滑コンデンサに対して前記ハイサイドライン側から前記ローサイドライン側に向けた一方向にのみ電流を供給するように構成され、
前記トランスにおける前記一次巻線は、センタータップを有しない１つ巻線方式の巻線で構成され、前記バッテリの放電モードでは、前記共振用のリアクトルおよび前記一次巻線の電流が無くなり、前記ローサイドの転流用スイッチング素子がゼロ電流スイッチングでターンオフする一方、前記バッテリの充電モードでは、前記共振用のリアクトルおよび前記一次巻線の電流が無くなり、前記ハイサイドの転流用スイッチング素子がゼロ電流スイッチングでターンオフすることを特徴とする双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 前記転流制御回路において、前記ハイサイドの転流用スイッチング素子のハイサイド端子は前記ハイサイドラインに接続され、前記ローサイドの転流用スイッチング素子のローサイド端子は前記ローサイドラインに接続され、前記ハイサイドの転流用スイッチング素子のローサイド端子および前記ローサイドの転流用スイッチング素子のハイサイド端子は共通接続されているとともに前記一次巻線に接続されている請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 前記トランスの前記一次巻線に磁気結合される二次巻線は、センタータップ方式の巻線である請求項１または請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 前記整流回路は、前記トランスの前記センタータップ方式の二次巻線における第１の二次巻線と第２の二次巻線とを接続するセンタータップが前記ローサイドラインに直接に接続され、前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の両端部のうち前記センタータップとは反対側の端部がそれぞれ整流ダイオードを介して前記ハイサイドラインに接続されている請求項３に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
- 前記整流回路は、前記トランスの前記センタータップ方式の二次巻線における第１の二次巻線と第２の二次巻線とを接続するセンタータップが前記ハイサイドラインに直接に接続され、前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の両端部のうち前記センタータップとは反対側の端部がそれぞれ整流ダイオードを介して前記ローサイドラインに接続されている請求項３に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。
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