JP7274524B2 - 電源システム及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、電源システム及び移動体に関する。より詳しくは、負荷に電力を供給する電源システム及びこの電源システムを搭載する移動体に関する。

例えば電動車両には、バッテリから出力される直流の電力を交流に変換し、駆動輪に連結された回転電機に供給する電力変換器が搭載される。電力変換器の多くは、負荷に対し直列に接続された少なくとも２つのアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替えることによって直流の電力を交流に変換することから、スイッチング素子のターンオン時及びターンオフ時に発生するスイッチング損失や、スイッチング素子のオン抵抗に比例する定常損失等が発生する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された電力変換器は、多段直流チョッパ回路から出力される直流電力を平滑回路で平滑化した後、折り返し回路によって半波を負電圧とし、正電圧の半波と負電圧の半波とを組み合わせることによって交流電力を生成する。

国際公開第２０１９／００４０１５号公報

しかしながら特許文献１に示された電力変換器は、多段直流チョッパ回路を用いているため、直流電圧の段数に比例してスイッチング素子の数も増加してしまうため、その分スイッチング損失も増加してしまう。

またスイッチング素子のオン抵抗は、スイッチング素子の耐電圧が高くなるほど高くなる傾向があるため、定常損失を低くするためにはできるだけ耐電圧の低いスイッチング素子を用いることが好ましい。しかしながら一般的にスイッチング素子の耐電圧は、ターンオン時又はターンオフ時に発生するサージ電圧を考慮して、バッテリの最大電圧よりも十分に高くする必要がある。このため特許文献１に示された多段直流チョッパ回路では、直流電圧の段数に比例してスイッチング素子の耐電圧も高くする必要があるため、その分定常損失も増加してしまう。

本発明は、従来と比較してスイッチング損失及び定常損失を低くできる電源システム及び移動体を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る電源システム（例えば、後述の電源システム１，１Ａ）は、可変電圧の電力を第１端子対（例えば、後述の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎ，８２ｐ，８２ｎ）から出力する可変電圧電源（例えば、後述の可変電圧電源７，７Ａ，７Ｃ）と、前記第１端子対と負荷（例えば、後述の負荷４）とを接続する第１電力線（例えば、後述の第１電力線２１）及び第２電力線（例えば、後述の第２電力線２２）と、を備え、前記第１電力線には、第１スイッチ（例えば、後述の第１スイッチ３１ｂ）と、当該第１スイッチの両端を接続する第３電力線（例えば、後述の第３電力線２３）と、が設けられ、前記第３電力線には、直流の電力を出力する第１直流電源（例えば、後述の直流電源３０、及び第１直流電源３０Ａ）及び第２スイッチ（例えば、後述の第２スイッチ３２ｂ）が直列に設けられていることを特徴とする。

（２）この場合、前記電源システムは、前記第３電力線のうち前記第１直流電源及び前記第２スイッチよりも前記可変電圧電源側と前記第２電力線とを接続する第４電力線（例えば、後述の第４電力線２４）と、前記第３電力線のうち前記第４電力線の接続点よりも前記可変電圧電源側に設けられた第３スイッチ（例えば、後述の第３スイッチ３３ｂ）と、を備え、前記第４電力線には、前記第１直流電源の出力電流を許容し、かつ当該出力電流と逆向きの電流を遮断する第４ダイオード（例えば、後述の第４ダイオード３４ａ）が設けられていることが好ましい。

（３）この場合、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第１ダイオード（例えば、後述の第１ダイオード３１ａ）と前記第１スイッチとが並列に接続され、前記第３電力線には、前記第１直流電源の出力電流を遮断しかつ当該出力電流と逆向きの電流を許容する第３ダイオード（例えば、後述の第３ダイオード３３ａ）と前記第３スイッチとが並列に接続され、前記第４電力線には、前記第４ダイオードと第４スイッチ（例えば、後述の第４ダイオード３４ａ）とが並列に接続されていることが好ましい。

（４）この場合、前記電源システムは、前記可変電圧電源を操作することにより前記第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置（例えば、後述の電源駆動装置６１）を備えることが好ましい。

（５）この場合、前記電源システムは、前記第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧（例えば、後述のシステム電圧Ｖｏｕｔ）に基づいて前記第１、第２、第３及び第４スイッチを制御するスイッチ制御装置（例えば、後述のスイッチ制御装置６２）を備えることが好ましい。

（６）この場合、前記スイッチ制御装置は、前記第１及び第２電力線における電力を前記負荷に供給する力行時において、前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧（例えば、後述の出力電圧Ｅ２）未満の範囲で変化させる場合、前記第２、第３及び第４スイッチをオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、前記第２及び第３スイッチをオンにしかつ前記第１及び第４スイッチをオフにすることが好ましい。

（７）この場合、前記スイッチ制御装置は、前記力行時において、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第２スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第３スイッチをオフからオンに切り替え、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第３スイッチをオンからオフに切り替えた後、前記第２スイッチをオンからオフに切り替えることが好ましい。

（８）この場合、前記スイッチ制御装置は、前記負荷における電力を前記第１及び第２電力線に供給する回生時において、前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲内で変化させる場合、前記第１スイッチをオンにしかつ前記第２、第３及び第４スイッチをオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、前記第２スイッチをオンにしかつ前記第１及び第４スイッチをオフにすることが好ましい。

（９）この場合、前記スイッチ制御装置は、前記回生時において、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第２及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第１及び第４スイッチをオンからオフに切り替え、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第２及び第４スイッチをオンからオフに切り替えることが好ましい。

（１０）この場合、前記第１電力線のうち前記第１スイッチ及び前記第３電力線の接続点よりも前記負荷側には、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつ当該出力電流と逆向きの電流を遮断する第５ダイオード（例えば、後述の第５ダイオード３５ａ）及び第５スイッチ（例えば、後述の第５スイッチ３５ｂ）が並列に接続され、前記第１電力線には、前記第５ダイオード及び前記第５スイッチの両端を接続する第５電力線（例えば、後述の第５電力線２５）が設けられ、前記第５電力線には、直流の電力を出力する第２直流電源（例えば、後述の第２直流電源３９）及び第６スイッチ（例えば、後述の第６スイッチ３６ｂ）が直列に接続されていることが好ましい。

（１１）この場合、前記電源システムは、前記第５電力線のうち前記第２直流電源及び前記第６スイッチよりも前記可変電圧電源側と前記第３電力線のうち前記第１直流電源及び前記第３スイッチの間とを接続する第６電力線（例えば、後述の第６電力線２６）を備え、前記第５電力線のうち前記第６電力線の接続点よりも前記可変電圧電源側には、前記第２直流電源の出力電流を遮断しかつその逆向きの電流を許容する第７ダイオード（例えば、後述の第７ダイオード３７ａ）及び第７スイッチ（例えば、後述の第７スイッチ３７ｂ）が並列に接続され、前記第６電力線には、前記第２直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第８ダイオード（例えば、後述の第８ダイオード３８ａ）及び第８スイッチ（例えば、後述の第８スイッチ３８ｂ）が並列に接続されていることが好ましい。

（１２）本発明に係る移動体（例えば、後述の車両Ｖ）は、推進力を発生する交流回転電機（例えば、後述の交流回転電機Ｍ）と、（１）から（１１）の何れかに記載の電源システムであるＵ相電源（例えば、後述のＵ相電源３Ｕ）と、（１）から（１１）の何れかに記載の電源システムであるＶ相電源（例えば、後述のＶ相電源３Ｖ）と、（１）から（１１）の何れかに記載の電源システムであるＷ相電源（例えば、後述のＷ相電源３Ｗ）と、を備え、前記Ｕ相電源は、前記交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグ（例えば、後述のＵ相レグ９Ｕ）の両端に接続され、前記Ｖ相電源は、前記交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグ（例えば、後述のＶ相レグ９Ｖ）の両端に接続され、前記Ｗ相電源は、前記交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグ（例えば、後述のＷ相レグ９Ｗ）の両端に接続されていることを特徴とする。

（１）本発明に係る電源システムは、可変電圧電源と、この可変電圧電源の第１端子対と負荷とを接続する第１及び第２電力線と、第１電力線に設けられた第１スイッチと、第１電力線に対しこの第１スイッチをバイパスするように接続された第３電力線と、この第３電力線に直列に接続された第１直流電源及び第２スイッチと、を備える。本発明によれば、第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧を第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合（低電圧印加時）、第２スイッチをオフにすることにより可変電圧電源の出力のみによってシステム電圧を変化させることができる。また本発明によれば、システム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させる場合（高電圧印加時）、第１スイッチをオフにし、第１直流電源の直流電圧に可変電圧電源の可変電圧を重畳することにより、システム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させることができる。よって本発明によれば、低電圧印加時及び高電圧印加時ともに負荷に印加する電圧を変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電圧を多段化するにあたりスイッチを増やす必要がない。このため例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、スイッチの数を減らすことができるので、その分だけスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。

また本発明によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電源システムに含まれるスイッチの耐電圧を設計するにあたり、高電圧印加時におけるサージ電圧を考慮する必要が無くなる。よって本発明によれば、例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、電源システムに含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。

また本発明によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにスイッチング回路を操作する必要が無くなるので、負荷に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

（２）本発明に係る電源システムは、第３電力線のうち第１直流電源及び第２スイッチよりも可変電圧電源側と第２電力線とを接続する第４電力線と、第３電力線のうち第４電力線の接続点よりも可変電圧電源側に設けられた第３スイッチと、第４電力線に設けられた第４ダイオードと、を備える。本発明によれば、このような位置に第４電力線及び第４ダイオードを設けることにより、第１電圧を跨いでシステム電圧を変化させる際、すなわち電源システムによって形成される電力回路を、負荷に可変電圧電源のみを接続する一段接続と負荷に可変電圧電源と第１直流電源とを直列に接続する二段接続との間で切り替える際には、可変電圧電源の可変電圧と第１直流電源の第１電圧とが等しくなった瞬間のみ、可変電圧電源及び第１直流電源が負荷に対し並列に接続された状態（以下、「オーバーラップ状態」ともいう）にすることができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（３）本発明に係る電源システムでは、第１電力線に第１ダイオードと第１スイッチとを並列に接続し、第３電力線に第３ダイオードと第３スイッチとを並列に接続し、第４電力線に第４ダイオードと第４スイッチとを並列に接続する。本発明によれば、電源システムの力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

（４）本発明に係る電源システムは、可変電圧電源を操作することにより、第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置を備える。本発明によれば、電源駆動装置によって可変電圧電源から出力される電力の可変電圧の波形を好ましい波形に整形することがえきるので、可変電圧を負荷に印加している間は、電源システム及びこの電源システムと負荷との間に接続されるスイッチング回路に含まれるスイッチを操作することなく好ましい波形の交流電力を負荷に供給することができる。

（５）本発明に係る電源システムによれば、スイッチ制御装置は、システム電圧に基づいて第１～第４スイッチを制御することにより、電源システムによって形成される電力回路を、システム電圧が乱れないような適切なタイミングで一段接続と二段接続とで切り替えることができる。

（６）本発明に係る電源システムにおいて、スイッチ制御装置は、力行時にシステム電圧を第１電圧未満の範囲で変化させる場合、第２、第３及び第４スイッチをオフにすることにより、可変電圧電源のみを負荷に接続し（すなわち、一段接続）、可変電圧電源から出力される電力を負荷に供給することができる。またスイッチ制御装置は、力行時にシステム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、第２及び第３スイッチをオンにしかつ第１及び第４スイッチをオフにすることにより、可変電圧電源及び第１直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、これら電源から出力される電力を負荷に供給することができる。

（７）本発明に係る電源システムにおいて、スイッチ制御装置は、力行時に第１電圧を跨いでシステム電圧を上昇させる場合、第２スイッチをオフからオンに切り替えた後、第３スイッチをオフからオンに切り替え、力行時に第１電圧を跨いでシステム電圧を下降させる場合、第３スイッチをオンからオフに切り替えた後、第２スイッチをオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続とを切り替える際には、瞬間的にオーバーラップ状態を実現することができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（８）本発明に係る電源システムにおいて、スイッチ制御装置は、回生時にシステム電圧を第１電圧未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチをオンにしかつ第２、第３及び第４スイッチをオフにすることにより、可変電圧電源のみを負荷に接続し（すなわち、一段接続）、回生電力を可変電圧電源に供給することができる。またスイッチ制御装置は、回生時にシステム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチをオンにしかつ第１及び第４スイッチをオフにすることにより、可変電圧電源及び第１直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、回生電力を分圧して第１直流電源及び可変電圧電源に供給することができる。

（９）本発明に係る電源システムにおいて、スイッチ制御装置は、回生時に第１電圧を跨いでシステム電圧を上昇させる場合、第２及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、第１及び第４スイッチをオンからオフに切り替え、回生時に第１電圧を跨いでシステム電圧を下降させる場合、第１及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、第２及び第４スイッチをオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続とを切り替える際には、瞬間的にオーバーラップ状態を実現することができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（１０）本発明に係る電源システムは、第１電力線のうち第１スイッチ及び第３電力線の接続点よりも負荷側に並列に接続された第５ダイオード及び第５スイッチと、第１電力線に対し第５ダイオード及び第５スイッチをバイパスするように接続された第５電力線と、第５電力線に直列に設けられた第２直流電源及び第６スイッチと、を備える。本発明によれば、第６スイッチをオンにすることにより、負荷に対し可変電圧電源と第１直流電源と第２直流電源とを直列に接続することができるので（三段接続）、システム電圧の段数をさらに増やすことができる。

（１１）本発明に係る電源システムは、第５電力線のうち第２直流電源及び第６スイッチよりも可変電圧電源側と第３電力線のうち第１直流電源及び第３スイッチの間を接続する第６電力線と、第５電力線において並列に接続された第７ダイオード及び第７スイッチと、第６電力線において並列に接続された第８ダイオード及び第８スイッチと、を備える。本発明によれば、電源システムの力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

（１２）本発明に係る移動体は、推進力を発生する交流回転電機と、上述のように一段接続及び二段接続を切り替えることが可能な電源システムであるＵ相電源、Ｖ相電源、及びＷ相電源と、を備える。また本発明において、Ｕ相電源は、交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグの両端に接続し、Ｖ相電源は、交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグの両端に接続し、Ｗ相電源は、交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグの両端に接続する。本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、電圧を多段化するにあたり各相のレグに含まれるアームスイッチを増やす必要が無くなるので、その分各相のレグにおけるスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。また本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、各相の電源に含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。また本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、高電圧印加時（二段接続時又は三段接続時）には、電圧を変化させるために各相のレグに含まれるアームスイッチを操作する必要が無くなるので、交流回転電機に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る電源システムの回路構成を示す図である。 可変電圧電源の回路構成の一例を示す図である。 電源駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。 多段電圧電源において実現される電流の経路を模式的に示す図である。 第１～第４スイッチユニットの状態と多段電圧電源において実現される電流の経路との関係を示す表である。 負荷の力行時における電源システムの各部分の電圧の変化を示すタイムチャートの一例である。 本発明の第２実施形態に係る電源システムの可変電圧電源の回路構成を示す図である。 後段コンバータの第１の例を示す図である。 後段コンバータの第２の例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電源システムの回路構成を示す図である。 多段電圧電源において実現される電流の経路を模式的に示す図である。 第１～第８スイッチユニットの状態と多段電圧電源において実現される電流の経路との関係を示す表である。 本発明の第４実施形態に係る車両の回路構成を示す図である。 可変電圧電源の回路構成の他の例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る電源システム１の回路構成を示す図である。
電源システム１は、第１電力線２１及び第２電力線２２へ多段電圧の直流の電力を出力する多段電圧電源３と、電力線２１，２２と負荷４とを接続するインバータ回路５と、多段電圧電源３を制御する多段電圧電源制御装置６と、インバータ回路５を制御するインバータ制御装置８と、を備える。電源システム１は、制御装置６，８によって多段電圧電源３及びインバータ回路５を操作することにより、多段電圧電源３から電力線２１，２２へ出力される直流の電力を交流に変換し負荷４に供給したり、負荷４から出力される交流の電力を直流に変換し多段電圧電源３に供給したりする。

以下では、負荷４は、力行時には多段電圧電源３からインバータ回路５を介して供給される交流電力を回転軸の機械エネルギに変換し、回生時には回転軸の機械エネルギを交流電力に変換しインバータ回路５を介して多段電圧電源３へ出力する交流回転電機とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

インバータ回路５は、第１電力線２１と第２電力線２２とを接続する２本のレグ５ａ，５ｂを備える。ａ相レグ５ａは、第１電力線２１側から第２電力線２２側へ向かって順に直列に接続されたａ相上アームスイッチング素子５１及びａ相下アームスイッチング素子５２を備える。ｂ相レグ５ｂは、ａ相レグ５ａに対し並列になるように電力線２１，２２に接続される。ｂ相レグ５ｂは、第１電力線２１側から第２電力線２２側へ向かって順に直列に接続されたｂ相上アームスイッチング素子５３及びｂ相下アームスイッチング素子５４を備える。

負荷４の第１入出力端子４１は、ａ相レグ５ａの中点、すなわちａ相上アームスイッチング素子５１とａ相下アームスイッチング素子５２との接続点に接続されている。すなわち、ａ相上アームスイッチング素子５１は、第１電力線２１と負荷４の第１入出力端子４１とを接続し、ａ相下アームスイッチング素子５２は、第２電力線２２と負荷４の第１入出力端子４１とを接続する。また負荷４の第２入出力端子４２は、ｂ相レグ５ｂの中点、すなわちｂ相上アームスイッチング素子５３とｂ相下アームスイッチング素子５４との接続点に接続されている。すなわち、ｂ相上アームスイッチング素子５３は、第１電力線２１と負荷４の第２入出力端子４２とを接続し、ｂ相下アームスイッチング素子５４は、第２電力線２２と負荷４の第２入出力端子４２とを接続する。

これらスイッチング素子５１，５２，５３，５４は、それぞれインバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ１，ＧＳ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、ａ相上アームスイッチング素子５１及びｂ相下アームスイッチング素子５４は、インバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ１のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、ｂ相上アームスイッチング素子５３及びａ相下アームスイッチング素子５２は、インバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子５１～５４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子５１～５４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

また後に説明するように、これらスイッチング素子５１～５４は、多段電圧電源３の高電圧出力時にはスイッチング制御を行う必要がない。

上アームスイッチング素子５１，５３のドレインは第１電力線２１に接続され、上アームスイッチング素子５１，５３のソースはそれぞれ負荷４の第１入出力端子４１及び第２入出力端子４２に接続される。下アームスイッチング素子５２，５４のソースは第２電力線２２に接続され、下アームスイッチング素子５２，５４のドレインはそれぞれ負荷４の第１入出力端子４１及び第２入出力端子４２に接続される。これにより各スイッチング素子５１～５４のボディダイオードは、還流ダイオードとして作用する。

多段電圧電源３は、所定の周期で変動する可変電圧の直流電力を出力する可変電圧電源７と、可変電圧電源７と負荷４とを接続する第１電力線２１及び第２電力線２２と、第１電力線２１に設けられた第１スイッチユニット３１と、第１電力線２１に対し第１スイッチユニット３１をバイパスするように接続された第３電力線２３と、第３電力線２３に直列に設けられた直流電源３０、第２スイッチユニット３２、及び第３スイッチユニット３３と、第２電力線２１と第３電力線２３とを接続する第４電力線２４と、を備える。多段電圧電源３は、以下で説明する回路構成によって、０［Ｖ］と、Ｅ１［Ｖ］（以下では、可変電圧電源７から出力される可変電圧をＥ１と表記する）と、Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］（以下では、直流電源３０の出力電圧をＥ２と表記する）と、の３段階の直流電圧を出力可能な３レベルの直流電圧電源である。

多段電圧電源制御装置６は、可変電圧電源７を操作することによって可変電圧Ｅ１を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置６１と、電力線２１，２２の間の電圧であるシステム電圧Ｖｏｕｔに基づいてスイッチユニット３１～３４を制御するスイッチ制御装置６２と、を備える。

直流電源３０は、正極を負荷４側とし負極を可変電圧電源７側として第３電力線２３に接続されている。直流電源３０は、出力電圧Ｅ２の直流電力を第３電力線２３へ出力する。本実施形態では、直流電源３０を、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、含酸素の酸化剤ガス及び水素ガスを供給すると発電する燃料電池を直流電源３０として用いてもよい。

可変電圧電源７には、例えば、互いに絶縁された１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎと２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとを備え、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎと２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとの間で双方向へ直流電力の入出力が可能な絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。図１に示すように、可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎは、それぞれ第１電力線２１及び第２電力線２２に接続されている。従って可変電圧電源７は、負荷４の力行時には１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎにおける直流電力を変圧し、可変電圧Ｅ１の電力を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力し、負荷４の回生時には２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける直流電力を変圧し、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから直流電力を出力する。

また図１に示すように、可変電圧電源７の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、直流電源３０の正負両極に接続されている。より具体的には、可変電圧電源７の１次側正極入出力端子７１ｐは、直流電源３０の正極に接続され、可変電圧電源７の１次側負極入出力端子７１ｎは、直流電源３０の負極に接続されている。なお本実施形態では、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎを直流電源３０の正負両極に接続した場合について説明するが、本発明はこれに限らない。可変電圧電源７の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、直流電源３０とは別の直流電源の正負両極に接続してもよい。

次に、図２を参照しながら、可変電圧電源７のより詳細な構成について説明する。
図２は、可変電圧電源７の回路構成の一例を示す図である。図２には、可変電圧電源７を、所謂フルブリッジ絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとした場合を示す。なお以下では、電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明するが、本発明はこれに限らない。ＤＣ／ＤＣコンバータは電流型としてもよい。

図２に示す可変電圧電源７は、一次巻線及び二次巻線を有する絶縁トランス７０と、絶縁トランス７０の１次側と１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎとを接続する１次側回路７１と、絶縁トランス７０の２次側と２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとを接続する２次側回路７２と、を備える。

１次側回路７１は、１次側正極入出力端子７１ｐに接続された正極電力線７１Ｌｐと、１次側負極入出力端子７１ｎに接続された負極電力線７１Ｌｎと、これら電力線７１Ｌｐ，７１Ｌｎと絶縁トランス７０の一次巻線とを接続する１次側フルブリッジ回路７１０と、正極電力線７１Ｌｐと負極電力線７１Ｌｎとの間において互いに並列に接続された１次側電圧センサ７１８及び平滑コンデンサ７１９と、を備える。１次側電圧センサ７１８は、電力線７１Ｌｐ，７１Ｌｎの間の電圧に応じた電圧検出信号を電源駆動装置６１へ送信する。

１次側フルブリッジ回路７１０は、絶縁トランス７０の１次側においてフルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４を備える。これらスイッチング素子７１１～７１４は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、スイッチング素子７１１，７１４は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、スイッチング素子７１２，７１３は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子７１１～７１４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７１１～７１４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７１１，７１３のドレインは正極電力線７１Ｌｐに接続され、スイッチング素子７１１，７１３のソースはそれぞれ絶縁トランス７０の一次巻線の両端に接続される。スイッチング素子７１２，７１４のソースは負極電力線７１Ｌｎに接続され、スイッチング素子７１２，７１４のドレインはそれぞれ絶縁トランス７０の一次巻線の両端に接続される。

２次側回路７２は、２次側正極入出力端子７２ｐに接続された正極電力線７２Ｌｐと、２次側負極入出力端子７２ｎに接続された負極電力線７２Ｌｎと、これら電力線７２Ｌｐ，７２Ｌｎと絶縁トランス７０の二次巻線とを接続する２次側フルブリッジ回路７２０と、正極電力線７２Ｌｐと負極電力線７２Ｌｎとの間において互いに並列に接続された２次側電圧センサ７２８及び平滑コンデンサ７２９と、を備える。２次側電圧センサ７２８は、電力線７２Ｌｐ，７２Ｌｎの間の電圧に応じた電圧検出信号を電源駆動装置６１へ送信する。

２次側フルブリッジ回路７２０は、絶縁トランス７０の２次側においてフルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４を備える。これらスイッチング素子７２１～７２４は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３，ＧＰ４のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、スイッチング素子７２１，７２４は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、スイッチング素子７２２，７２３は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ４のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子７２１～７２４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７２１～７２４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７２１，７２３のドレインは正極電力線７２Ｌｐに接続され、スイッチング素子７２１，７２３のソースはそれぞれ絶縁トランス７０の二次巻線の両端に接続される。スイッチング素子７２２，７２４のソースは負極電力線７２Ｌｎに接続され、スイッチング素子７２２，７２４のドレインはそれぞれ絶縁トランス７０の二次巻線の両端に接続される。

以上のような可変電圧電源７は、負荷４の力行時には、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２によって１次側回路７１のスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４をオン／オフ駆動するとともに、２次側回路７２をスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４のボディダイオードによる整流回路として作動させることにより、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎにおける直流電力を変圧し、可変電圧Ｅ１の電力を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力する。また可変電圧電源７は、負荷４の回生時には、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３、ＧＰ４によって２次側回路７２のスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４をオン／オフ駆動するとともに、１次側回路７１をスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４のボディダイオードによる整流回路として作動させることにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける直流電力を変圧し、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから直流電力を出力する。

図３は、電源駆動装置６１の構成を示す機能ブロック図である。より具体的には、図３には、可変電圧電源７を操作する電源駆動装置６１のうち、特に負荷４の力行時における可変電圧電源７の操作に係る部分のみを図示する。

電源駆動装置６１は、基準値生成部６１０と、振幅係数生成部６１１と、乗算部６１２と、フィードバックコントローラ６１３と、変調波生成部６１４と、ゲート駆動信号生成部６１５と、を備える。電源駆動装置６１は、負荷４の力行時には、これら基準値生成部６１０、振幅係数生成部６１１、乗算部６１２、フィードバックコントローラ６１３、変調波生成部６１４、及びゲート駆動信号生成部６１５を用いることによって生成されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２を可変電圧電源７の１次側回路７１のスイッチング素子７１１～７１４へ入力し、これらスイッチング素子７１１～７１４を操作することにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力される可変電圧Ｅ１の波形を制御する。

基準値生成部６１０は、予め定められた複数の基準波形プロファイルデータＷ１～Ｗ６の中から１つを選択し、選択した基準波形プロファイルデータに基づいて制御基準値を算出し、乗算部６１２へ出力する。これら基準波形プロファイルデータＷ１～Ｗ６は、負荷４の力行時に２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力される可変電圧Ｅ１の波形の規範となる。

振幅係数生成部６１１は、予め設定された振幅係数を乗算部６１２へ出力する。振幅係数は、可変電圧Ｅ１の振幅、すなわち可変電圧Ｅ１の最大値を定める係数であり、０から１の間で定められる。

乗算部６１２は、基準値生成部６１０から出力される制御基準値に振幅係数生成部６１１から出力される振幅係数を乗算することにより、可変電圧Ｅ１の目標値を算出し、フィードバックコントローラ６１３へ出力する。

フィードバックコントローラ６１３は、２次側電圧センサ７２８によって検出される電圧値と乗算部６１２から出力される目標値との偏差が無くなるように、既知のフィードバック制御アルゴリズム（例えば、ＰＩＤ制御則）に従って補正信号を生成し、ゲート駆動信号生成部６１５へ出力する。

変調波生成部６１４は、既知の変調波生成アルゴリズム（例えば、ＰＷＭ変調アルゴリズム、ＰＤＭ変調アルゴリズム、及びΔ－Σ変調アルゴリズム）に従って変調波信号を生成し、ゲート駆動信号生成部６５へ出力する。

ゲート駆動信号生成部６１５は、フィードバックコントローラ６１３から出力される補正信号と変調波生成部６１４から出力される変調波信号との比較に基づいて、１次側回路７１のスイッチング素子７１１，７１４を駆動するためのゲート駆動信号ＧＰ１と、１次側回路７１のスイッチング素子７１２，７１３を駆動するためのゲート駆動信号でありかつゲート駆動信号ＧＰ１とオン／オフが反転したゲート駆動信号ＧＰ２とを生成し、スイッチング素子７１１～７１４へ入力する。

電源駆動装置６１は、負荷４の力行時には以上の手順に従ってゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２を生成することにより、基準値生成部６１０で選択された波形の可変電圧Ｅ１を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力する。

図１に戻り、第１電力線２１には、第１スイッチユニット３１が設けられている。第１スイッチユニット３１は、第１電力線２１に対し並列に接続された第１ダイオード３１ａと第１スイッチ３１ｂと、を備える。第１ダイオード３１ａは、可変電圧電源７の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を遮断する。第１スイッチ３１ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ１に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするため第１スイッチユニット３１を構成する第１ダイオード３１ａ及び第１スイッチ３１ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第１スイッチユニット３１は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、及びＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第３電力線２３は、第１スイッチユニット３１の両端に接続されている。より具体的には、第３電力線２３の一端側は第１電力線２１のうち第１スイッチユニット３１及び可変電圧電源７の間に接続され、第３電力線２３の他端側は第１電力線２１のうち第１スイッチユニット３１より負荷４側に接続されている。

第３電力線２３には、可変電圧電源７側から負荷４側へ向かって順に、第３スイッチユニット３３と、直流電源３０と、第２スイッチユニット３２と、が直列に接続されている。より具体的には、第３スイッチユニット３３は、第３電力線２３のうち直流電源３０の負極側に接続され、第２スイッチユニット３２は、第３電力線２３のうち直流電源３０の正極側に接続されている。

第３スイッチユニット３３は、第３電力線２３に対し並列に接続された第３ダイオード３３ａと第３スイッチ３３ｂと、を備える。第３ダイオード３３ａは、直流電源３０の出力電流を遮断しかつこの出力電流と逆向きの電流を許容する。第３スイッチ３３ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ３に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするため第３スイッチユニット３３を構成する第３ダイオード３３ａ及び第３スイッチ３３ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第３スイッチユニット３３は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第２スイッチユニット３２は、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ２に応じてオン又はオフに切り替わる。この第２スイッチユニット３２は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、及びＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を２つ組み合わせたものに置き換えてもよい。

第４電力線２４は、第３電力線２３のうち直流電源３０及び第２スイッチユニット３２よりも可変電圧電源７側と第２電力線２２とを接続する。より具体的には、第４電力線２４は、第３電力線２３のうち直流電源３０と第３スイッチユニット３３との間に接続されている。

第４スイッチユニット３４は、第４電力線２４に対し並列に接続された第４ダイオード３４ａと第４スイッチ３４ｂと、を備える。第４ダイオード３４ａは、直流電源３０の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を許容する。第４スイッチ３４ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ４に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするため第４スイッチユニット３４を構成する第４ダイオード３４ａ及び第４スイッチ３４ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第４スイッチユニット３４は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

図４は、以上のような多段電圧電源３において実現される電流の経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を模式的に示す図である。
図５は、スイッチユニット３１～３４の状態と多段電圧電源３において実現される電流の経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３との関係を示す表である。なお図５において、“Ｄｉ”とは、スイッチユニット３１，３３，３４に含まれるダイオードに電流が流れている状態を示す。また図５において、経路Ｃ１´，Ｃ２´，Ｃ３´とは、それぞれ経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の逆の経路を示す。

スイッチ制御装置６２は、電力線２１，２２における電力を負荷４に供給する力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを直流電源３０の出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、及び第４スイッチユニット３４をオフにする（図５参照）。これにより、直流電源３０は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。このため多段電圧電源３には、可変電圧電源７及び第１スイッチユニット３１を経由する電流の経路Ｃ１が形成される（図４参照）。

スイッチ制御装置６２は、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２及び第３スイッチユニット３３をオンにしかつ第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフにする（図５参照）。これにより、負荷４に対し可変電圧電源７及び直流電源３０が直列に接続される（二段接続）。このため多段電圧電源３には、可変電圧電源７、第３スイッチユニット３３、直流電源３０、及び第２スイッチユニット３２を経由する電流の経路Ｃ３が形成される（図４参照）。

スイッチ制御装置６２は、力行時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち一段接続から二段接続に切り替える際には、第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替えた後、第３スイッチユニット３３をオフからオンに切り替える。またスイッチ制御装置６２は、力行時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち二段接続から一段接続に切り替える際には、第３スイッチユニット３３をオンからオフに切り替えた後、第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２は、一段接続と二段接続との間で切り替える際には、一時的に第２スイッチユニット３２をオンにしかつ第３スイッチユニット３３をオフにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と直流電源３０の出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間のみ、可変電圧電源７及び直流電源３０が負荷４に対し並列に接続された状態（オーバーラップ状態）を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３には、可変電圧電源７、及び第１スイッチユニット３１を経由する電流の経路Ｃ１と、第４スイッチユニット３４、直流電源３０、及び第２スイッチユニット３２を経由する電流の経路Ｃ２と、が形成される（図４参照）。

スイッチ制御装置６２は、負荷４における電力を電力線２１，２２に供給する回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチユニット３１をオンにし、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、及び第４スイッチユニット３４をオフにする。これにより、直流電源３０は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。このため多段電圧電源３には、可変電圧電源７及び第１スイッチユニット３１を経由する、上記経路Ｃ１と逆の経路Ｃ１´が形成される。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を昇圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力で直流電源３０を充電することができる。

スイッチ制御装置６２は、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２をオンにし、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフにする。これにより、負荷４に対し可変電圧電源７及び直流電源３０が直列に接続される（二段接続）。このため多段電圧電源３には、第２スイッチユニット３２、直流電源３０、第３スイッチユニット３３、及び可変電圧電源７を経由する、上記経路Ｃ３と逆の経路Ｃ３´が形成される。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を昇圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力で直流電源３０を充電することができる。

スイッチ制御装置６２は、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち一段接続から二段接続に切り替える際には、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替える。またスイッチ制御装置６２は、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち二段接続から一段接続に切り替える際には、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２は、一段接続と二段接続との間で切り替える際には、一時的に第１スイッチユニット３１、第２スイッチユニット３２、及び第４スイッチユニット３４をオンにするとともに第３スイッチユニット３３をオフにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と直流電源３０の出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間のみ、上述のオーバーラップ状態を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３には、上記経路Ｃ１，Ｃ２と逆の電流の経路Ｃ１´，Ｃ２´が形成される。

次に、以上のような電源システム１において、図６の最下段に示すような正弦波の交流電力を生成する手順について説明する。
図６は、負荷４の力行時における電源システム１の各部分の電圧の変化を示すタイムチャートの一例である。図６の最上段には可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を示し、上から２段目には第３電力線２３の両端の間の電圧を示し、下から２段目には第１電力線２１と第２電力線２２との間のシステム電圧Ｖｏｕｔを示し、最下段にはインバータ回路５の出力波形を示す。

システム電圧Ｖｏｕｔを直流電源３０の出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる期間（図６中、期間“Ｔｌｏｗ”参照）では、スイッチ制御装置６２は、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、直流電源３０を負荷４から切り離し、可変電圧電源７のみを負荷４に接続する。このため図６の上から２段目に示すように、期間Ｔｌｏｗの間では、第３電力線２３の両端の間の電圧は０となる。またこの期間Ｔｌｏｗの間では、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作することによって、可変電圧Ｅ１を図６の最上段に示すように０から直流電源３０の出力電圧Ｅ２との間で変化させる。従って図６の下から２段目に示すように、期間Ｔｌｏｗにおけるシステム電圧Ｖｏｕｔは可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と等しい。

またシステム電圧Ｖｏｕｔを直流電源３０の出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる期間（図６中、期間“Ｔｈｉｇｈ”参照）では、スイッチ制御装置６２は、第２スイッチユニット３２及び第３スイッチユニット３３をオンにし第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、可変電圧電源７及び直流電源３０を負荷４に直列に接続する。このため図６の上から２段目に示すように、期間Ｔｈｉｇｈの間では、第３電力線２３の両端の間の電圧は直流電源３０の出力電圧Ｅ２と等しくなる。またこの期間Ｔｈｉｇｈの間では、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作することによって、可変電圧Ｅ１を図６の最上段に示すように０から所定の最大電圧の間で変化させる。従って図６の下から２段目に示すように、期間Ｔｈｉｇｈにおけるシステム電圧Ｖｏｕｔは、可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とを合わせたものとなる。

なお期間Ｔｌｏｗから期間Ｔｈｉｇｈへ移行する時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７及び期間Ｔｈｉｇｈから期間Ｔｌｏｗへ移行する時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８では、スイッチ制御装置６２は、一時的に第２スイッチユニット３２をオンにしかつ第３スイッチユニット３３をオフにする。また電源駆動装置６１は、時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７において可変電圧Ｅ１を出力電圧Ｅ２から０へ急激に低下させ、時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８において可変電圧Ｅ１を０から出力電圧Ｅ２へ急激に上昇させる。このため、各時刻ｔ１～ｔ８では、可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とが等しくなり、上述のようなオーバーラップ状態が実現されるので、システム電圧Ｖｏｕｔは大きく乱れることはない。

以上のように電源システム１によれば、図６の下から２段目に示すように、インバータ回路５を用いることなくシステム電圧Ｖｏｕｔの波形を全波整流波にすることができる。このためインバータ制御装置８は、システム電圧Ｖｏｕｔが０となる時刻ｔａ，ｔｂ，ｔｃでのみスイッチング回路５を操作することにより、図６の最下段に示すような正弦波の交流電力を負荷４に供給することができる。

本実施形態に係る電源システム１によれば、以下の効果を奏する。
（１）電源システム１は、可変電圧電源７と、この可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎと負荷４とを接続する電力線２１，２２と、第１電力線２１に設けられた第１スイッチユニット３１と、第１電力線２１に対しこの第１スイッチユニット３１をバイパスするように接続された第３電力線２３と、この第３電力線２３に直列に接続された直流電源３０及び第２スイッチユニット３２と、を備える。本実施形態によれば、電力線２１，２２の間の電圧であるシステム電圧Ｖｏｕｔを直流電源３０の出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合（低電圧印加時）、第２スイッチユニット３２をオフにすることにより可変電圧電源７の出力のみによってシステム電圧Ｖｏｕｔを変化させることができる。また本実施形態によれば、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合（高電圧印加時）、第１スイッチユニット３１をオフにし、直流電源３０の直流電圧Ｅ２に可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を重畳することにより、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させることができる。よって本実施形態によれば、低電圧印加時及び高電圧印加時ともにシステム電圧Ｖｏｕｔを変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電圧を多段化するにあたりスイッチを増やす必要がない。このため例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、スイッチの数を減らすことができるので、その分だけスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。

また本実施形態によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電源システム１に含まれるインバータ回路５のスイッチの耐電圧を設計するにあたり、高電圧印加時におけるサージ電圧を考慮する必要が無くなる。よって本実施形態によれば、例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、多段電圧電源３に含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。

また本実施形態によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにインバータ回路５を操作する必要が無くなるので、負荷４に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

（２）電源システム１は、第３電力線２３のうち直流電源３０及び第２スイッチユニット３２よりも可変電圧電源７側と第２電力線２２とを接続する第４電力線２４と、第３電力線２３のうち第４電力線２４の接続点よりも可変電圧電源７側に設けられた第３スイッチユニット３３と、第４電力線２４に設けられた第４ダイオード３４ａと、を備える。本実施形態によれば、このような位置に第４電力線２４及び第４ダイオード３４ａを設けることにより、直流電源３０の出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを変化させる際、すなわち多段電圧電源３によって形成される電力回路を、負荷４に可変電圧電源７のみを接続する一段接続と負荷４に可変電圧電源７と直流電源３０とを直列に接続する二段接続との間で切り替える際には、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と直流電源３０の出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間のみ、可変電圧電源７及び直流電源３０が負荷４に対し並列に接続された状態（以下、「オーバーラップ状態」ともいう）にすることができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

（３）電源システム１では、第１電力線２１に第１ダイオード３１ａと第１スイッチ３１ｂとが並列に接続された第１スイッチユニット３１を設け、第３電力線２３に第３ダイオード３３ａと第３スイッチ３３ｂとが並列に接続された第３スイッチユニット３３を設け、第４電力線２４に第４ダイオード３４ａと第４スイッチ３４ｂとが並列に接続された第４スイッチユニット３４を設ける。本実施形態によれば、電源システム１の力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

（４）電源システム１は、可変電圧電源７を操作することにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の可変電圧Ｅ１を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置６１を備える。本実施形態によれば、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７から出力される電力の可変電圧Ｅ１の波形を好ましい波形に整形することがえきるので、可変電圧Ｅ１を負荷４に印加している間は、多段電圧電源３及びこの多段電圧電源３と負荷４との間に接続されるインバータ回路５に含まれるスイッチを操作することなく好ましい波形の交流電力を負荷に供給することができる。

（５）電源システム１によれば、スイッチ制御装置６２は、システム電圧Ｖｏｕｔに基づいてスイッチユニット３１～３４を制御することにより、多段電圧電源３によって形成される電力回路を、システム電圧Ｖｏｕｔが乱れないような適切なタイミングで一段接続と二段接続とで切り替えることができる。

（６）電源システム１において、スイッチ制御装置６２は、力行時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、可変電圧電源７のみを負荷４に接続し（すなわち、一段接続）、可変電圧電源７から出力される電力を負荷４に供給することができる。またスイッチ制御装置６２は、力行時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２及び第３スイッチユニット３３をオンにしかつ第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、可変電圧電源７及び直流電源３０を負荷に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、これら電源７，３０から出力される電力を負荷４に供給することができる。

（７）電源システム１において、スイッチ制御装置６２は、力行時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替えた後、第３スイッチユニット３３をオフからオンに切り替え、力行時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、第３スイッチユニット３３をオンからオフに切り替えた後、第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続とを切り替える際には、瞬間的にオーバーラップ状態を実現することができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

（８）電源システム１において、スイッチ制御装置６２は、回生時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチユニット３１をオンにしかつ第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、可変電圧電源７のみを負荷４に接続し（すなわち、一段接続）、回生電力を可変電圧電源７に供給することができる。またスイッチ制御装置６２は、回生時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２をオンにしかつ第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフにすることにより、可変電圧電源７及び直流電源３０を負荷４に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、回生電力を分圧して直流電源３０及び可変電圧電源７に供給することができる。

（９）電源システム１において、スイッチ制御装置６２は、回生時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替え、回生時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続とを切り替える際には、瞬間的にオーバーラップ状態を実現することができるので、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。なお以下の本実施形態に係る電源システムの説明において、第１実施形態に係る電源システム１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る電源システムは、可変電圧電源の回路構成が第１実施形態と異なる。

図７は、本実施形態に係る電源システムの可変電圧電源７Ａの回路構成を示す図である。可変電圧電源７Ａは、前段コンバータ７３と後段コンバータ８０とを、直流電源３０側から電力線２１，２２側へ順に直列に組み合わせて構成される。

前段コンバータ７３は、絶縁トランス（図示せず）と、この絶縁トランスの１次側と１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎとを接続する１次側回路（図示せず）と、絶縁トランスの２次側と後段コンバータ８０の１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎとを接続する２次側回路（図示せず）と、を備える絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。なおこの前段コンバータ７３は、図２を参照して説明した可変電圧電源７と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。前段コンバータ７３の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、第１実施形態に係る可変電圧電源７と同様に直流電源３０の正負両極に接続されている。また絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎは、後段コンバータ８０を介し、第１実施形態に係る可変電圧電源７と同様に第１電力線２１及び第２電力線２２に接続されている。

後段コンバータ８０は、前段コンバータ７３の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎに接続された１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎと、電力線２１，２２にそれぞれ接続された２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎと、を備え、これら１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎと２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎとの間で直流電力を昇圧又は降圧し、双方向に入出力可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

図８Ａは、後段コンバータ８０の第１の例を示す図である。図８Ａに示す後段コンバータ８０は、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎに入力される直流電力を降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎへ出力する降圧チョッパ回路と、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎに入力される直流電力を昇圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎへ出力する昇圧チョッパ回路と、を組み合わせて構成される昇降圧チョッパ回路である。

図８Ａに示す後段コンバータ８０は、リアクトル８３０と、１次側コンデンサ８３１と、２次側コンデンサ８３２と、第１スイッチング素子８３３と、第２スイッチング素子８３４と、負母線８３５と、を備える。

負母線８３５は、１次側入出力端子８１ｎと２次側入出力端子８２ｎとを接続する配線である。リアクトル８３０は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が第１スイッチング素子８３３と第２スイッチング素子８３４との接続ノード８３６に接続される。１次側コンデンサ８３１は、その一端側が１次側入出力端子８１ｐに接続され、その他端側が負母線８３５に接続される。２次側コンデンサ８３２は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が負母線８３５に接続される。スイッチング素子８３３，８３４には、例えば、図２のスイッチング素子７１１と同様にＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第１スイッチング素子８３３のドレインは１次側入出力端子８１ｐに接続され、第１スイッチング素子８３３のソースはリアクトル８３０に接続される。また第２スイッチング素子８３４のドレインはリアクトル８３０に接続され、第２スイッチング素子８３４のソースは負母線８３５に接続される。

図８Ａに示す後段コンバータ８０によれば、図示しない駆動回路によってスイッチング素子８３３，８３４をスイッチング制御することにより、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎにおける直流電力を降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎから出力させたり、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎにおける直流電力を昇圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎから出力させたりすることができる。

図８Ｂは、後段コンバータ８０の第２の例を示す図である。図８Ｂに示す後段コンバータ８０は、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎに入力される直流電力を昇降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎへ出力する昇降圧チョッパ回路と、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎに入力される直流電力を昇降圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎへ出力する昇降圧チョッパ回路と、を組み合わせて構成されるバックブーストコンバータである。

図８Ｂに示す後段コンバータ８０は、リアクトル８４０と、１次側コンデンサ８４１と、２次側コンデンサ８４２と、第１スイッチング素子８４３と、第２スイッチング素子８４４と、第３スイッチング素子８４５と、第４スイッチング素子８４６と、負母線８４７と、を備える。

負母線８４７は、１次側入出力端子８１ｎと２次側入出力端子８２ｎとを接続する配線である。リアクトル８４０は、その一端側が第１スイッチング素子８４３と第２スイッチング素子８４４との接続ノード８４８に接続され、その他端側が第３スイッチング素子８４５と第４スイッチング素子８４６との接続ノード８４９に接続される。１次側コンデンサ８４１は、その一端側が１次側入出力端子８１ｐに接続され、その他端側が負母線８４７に接続される。２次側コンデンサ８４２は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が負母線７８７に接続される。スイッチング素子８４３～８４６には、例えば、図２のスイッチング素子７１１と同様にＮチャネル側ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第１スイッチング素子８４３のドレインは１次側入出力端子８１ｐに接続され、第１スイッチング素子８４３のソースはリアクトル８４０に接続される。第２スイッチング素子８４４のドレインはリアクトル８４０に接続され、第２スイッチング素子８４４のソースは負母線８４７に接続される。第３スイッチング素子８４５のドレインは２次側入出力端子８２ｐに接続され、第３スイッチング素子８４５のソースはリアクトル８４０に接続される。また第４スイッチング素子８４６のドレインはリアクトル８４０に接続され、第４スイッチング素子８４６のソースは負母線８４７に接続される。

図８Ｂに示す後段コンバータ８０によれば、図示しない駆動回路によってスイッチング素子８４３～８４６をスイッチング制御することにより、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎにおける直流電力を昇降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎから出力させたり、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎにおける直流電力を昇降圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８２ｎから出力させたりすることができる。

本実施形態に係る電源システムによれば、上記（１）～（９）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１０）上述の第１実施形態では、図２に示すような絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを可変電圧電源７として用い、その２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎを直接正極電力線２１に接続した場合について説明した。しかしながらこの場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎに入力される直流電力を変圧し１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させる回生時の制御範囲が限られてしまう。これに対し本実施形態では、絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである前段コンバータ７３と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである後段コンバータ８０とを組み合わせたものを可変電圧電源７Ａとして用いる。換言すれば本実施形態では、前段コンバータ７３を、後段コンバータ８０を介して電力線２１，２２に接続する。よって本実施形態によれば、回生時には後段コンバータ８０を駆動し、必要に応じて電力線２１，２２側の直流電力を昇圧又は降圧して前段コンバータ７３に供給することができるので、回生時における制御範囲と力行時における制御範囲とを等しくすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。なお以下の本実施形態に係る電源システムの説明において、第１実施形態に係る電源システム１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る電源システム１Ａの回路構成を示す図である。本実施形態に係る電源システム１Ａは、多段電圧電源３Ａ、及び多段電圧電源制御装置６Ａの構成が第１実施形態と異なる。

多段電圧電源３Ａは、可変電圧電源７と、第１電力線２１と、第２電力線２２と、第３電力線２３と、第４電力線２４と、第５電力線２５と、第６電力線２６と、第１スイッチユニット３１と、第２スイッチユニット３２と、第３スイッチユニット３３と、第４スイッチユニット３４と、第５スイッチユニット３５と、第６スイッチユニット３６と、第７スイッチユニット３７と、第８スイッチユニット３８と、第１直流電源３０Ａと、第２直流電源３９と、を備える。多段電圧電源３Ａは、以下で説明する回路構成によって、０［Ｖ］と、Ｅ１［Ｖ］と、Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］（以下では、第１直流電源３０Ａの出力電圧をＥ２と表記する）と、Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］（以下では、第２直流電源３９の出力電圧をＥ３と表記する）と、の４段階の直流電圧を出力可能な４レベルの直流電圧電源である。

多段電圧電源制御装置６Ａは、可変電圧電源７を操作することによって可変電圧Ｅ１を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置６１と、電力線２１，２２の間の電圧であるシステム電圧Ｖｏｕｔに基づいてスイッチユニット３１～３８を制御するスイッチ制御装置６２Ａと、を備える。

第１直流電源３０Ａは、正極を負荷４側とし負極を可変電圧電源７側として第３電力線２３に接続されている。第１直流電源３０Ａは、出力電圧Ｅ２の直流電力を第３電力線２３へ出力する。本実施形態では、第１直流電源３０Ａを、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、含酸素の酸化剤ガス及び水素ガスを供給すると発電する燃料電池を第１直流電源３０Ａとして用いてもよい。

第２直流電源３９は、正極を負荷４側とし負極を可変電圧電源７側として第５電力線２５に接続されている。第２直流電源３９は、出力電圧Ｅ３の直流電力を第５電力線２５へ出力する。本実施形態では、第２直流電源３９を、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、含酸素の酸化剤ガス及び水素ガスを供給すると発電する燃料電池を第２直流電源３９として用いてもよい。

可変電圧電源７の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、第１直流電源３０Ａの正負両極に接続されている。

第５スイッチユニット３５は、第１電力線２１のうち、第１スイッチユニット３１及び第３電力線２３の接続点よりも負荷４側に設けられている。第５スイッチユニット３５は、第１電力線２１に対し並列に接続された第５ダイオード３５ａと第５スイッチ３５ｂと、を備える。第５ダイオード３５ａは、可変電圧電源７の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を遮断する。第５スイッチ３５ｂは、スイッチ制御装置６２Ａから入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ５に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図９では、理解を容易にするため第５スイッチユニット３５を構成する第５ダイオード３５ａ及び第５スイッチ３５ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第５スイッチユニット３５は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第５電力線２５は、第５スイッチユニット３５の両端に接続されている。より具体的には、第５電力線２５の一端側は第１電力線２１のうち第５スイッチユニット３５と第３電力線２３の接続点との間に接続され、第５電力線２５の他端側は第１電力線２１のうち第５スイッチユニット３５より負荷４側に接続されている。

第５電力線２５には、可変電圧電源７側から負荷４側へ向かって順に、第７スイッチユニット３７と、第２直流電源３９と、第６スイッチユニット３６と、が直列に接続されている。より具体的には、第７スイッチユニット３７は、第５電力線２５のうち第２直流電源３９の負極側に接続され、第６スイッチユニット３６は、第５電力線２５のうち第２直流電源３９の正極側に接続されている。

第７スイッチユニット３７は、第５電力線２５に対し並列に接続された第７ダイオード３７ａと第７スイッチ３７ｂと、を備える。第７ダイオード３７ａは、第２直流電源３９の出力電流を遮断しかつその逆向きの電流を許容する。第７スイッチ３７ｂは、スイッチ制御装置６２Ａから入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ７に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図９では、理解を容易にするため第７スイッチユニット３７を構成する第７ダイオード３７ａ及び第７スイッチ３７ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第７スイッチユニット３７は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第６スイッチユニット３６は、スイッチ制御装置６２Ａから入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ６に応じてオン又はオフに切り替わる。この第６スイッチユニット３６は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、及びＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を２つ組み合わせたものに置き換えてもよい。

第６電力線２６は、第５電力線２５のうち第２直流電源３９及び第６スイッチユニット３６よりも可変電圧電源７側と第３電力線２３のうち第１直流電源３０Ａ及び第３スイッチユニット３３との間を接続する。

第８スイッチユニット３８は、第６電力線２６に設けられている。第８スイッチユニット３８は、第６電力線２６に対し並列に接続された第８ダイオード３８ａと第８スイッチ３８ｂと、を備える。第８ダイオード３８ａは、第２直流電源３９の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する。第８スイッチ３８ｂは、スイッチ制御装置６２Ａから入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ８に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図９では、理解を容易にするため第８スイッチユニット３８を構成する第８ダイオード３８ａ及び第８スイッチ３８ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第８スイッチユニット３８は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

図１０は、以上のような多段電圧電源３Ａにおいて実現される電流の経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５を模式的に示す図である。
図１１は、スイッチユニット３１～３８の状態と多段電圧電源３Ａにおいて実現される電流の経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５との関係を示す表である。なお図１１において、“Ｄｉ”とは、スイッチユニット３１，３３，３４，３５，３７，３８に含まれるダイオードに電流が流れている状態を示す。また図１０において、経路Ｃ１´，Ｃ２´，Ｃ３´，Ｃ４´，Ｃ５´とは、それぞれ経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の逆の経路を示す。

スイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを第１直流電源３１Ａの出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、第４スイッチユニット３４、第６スイッチユニット３６、第７スイッチユニット３７、及び第８スイッチユニット３８をオフにする（図１１参照）。これにより、第１直流電源３０Ａ及び第２直流電源３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。このため多段電圧電源３Ａには、可変電圧電源７、第１スイッチユニット３１、及び第５スイッチユニット３５を経由する電流の経路Ｃ１が形成される（図１０参照）。

スイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きくかつ出力電圧Ｅ２＋Ｅ３未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２及び第３スイッチユニット３３をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、第４スイッチユニット３４、第６スイッチユニット３６、第７スイッチユニット３７、及び第８スイッチユニット３８をオフにする（図１１参照）。これにより、第２直流電源３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７及び第１直流電源３０Ａが負荷４に直列に接続される（二段接続）。このため多段電圧電源３Ａには、可変電圧電源７、第３スイッチユニット３３、第１直流電源３０Ａ、第２スイッチユニット３２、及び第５スイッチユニット３５を経由する電流の経路Ｃ３が形成される（図１０参照）。

スイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、第６スイッチユニット３６、及び第７スイッチユニット３７をオンにし、第１スイッチユニット３１、第４スイッチユニット３４、第５スイッチユニット３５、及び第８スイッチユニット３８をオフにする（図１１参照）。これにより、可変電圧電源７、第１直流電源３０Ａ、及び第２直流電源３９は、負荷４に直列に接続される（三段接続）。このため多段電圧電源３Ａには、可変電圧電源７、第３スイッチユニット３３、第１直流電源３０Ａ、第２スイッチユニット３２、第７スイッチユニット３７、第２直流電源３９、及び第６スイッチユニット３６を経由する電流の経路Ｃ５が形成される（図１０参照）。

スイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち一段接続から二段接続に切り替える際には、第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替えた後、第３スイッチユニット３３をオフからオンに切り替える。またスイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち二段接続から一段接続に切り替える際には、第３スイッチユニット３３をオンからオフに切り替えた後、第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２Ａは、一段接続と二段接続との間で切り替える際には、一時的に第２スイッチユニット３２をオンにしかつ第３スイッチユニット３３をオフにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と第１直流電源３０Ａの出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間のみ、可変電圧電源７及び第１直流電源３０Ａが負荷４に対し並列に接続された状態（オーバーラップ状態）を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３Ａには、経路Ｃ１と、第４スイッチユニット３４、第１直流電源３０Ａ、及び第２スイッチユニット３２を経由する電流の経路Ｃ２と、が形成される（図１０参照）。

スイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち二段接続から三段接続に切り替える際には、第６スイッチユニット３６をオフからオンに切り替えた後、第７スイッチユニット３７をオフからオンに切り替える。またスイッチ制御装置６２Ａは、力行時において、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち三段接続から二段接続に切り替える際には、第７スイッチユニット３７をオンからオフに切り替えた後、第６スイッチユニット３６をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２Ａは、二段接続と三段接続との間で切り替える際には、一時的に第６スイッチユニット３６をオンにしかつ第７スイッチユニット３７をオフにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と第２直流電源３９の出力電圧Ｅ３とが等しくなった瞬間のみ、第１直流電源３０Ａ及び第２直流電源３９が負荷４に対し並列に接続された状態（オーバーラップ状態）を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ３とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３Ａには、経路Ｃ３と、第８スイッチユニット３８、第２直流電源３９、及び第７スイッチユニット３７を経由する電流の経路Ｃ４と、が形成される（図１０参照）。

スイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチユニット３１及び第５スイッチユニット３５をオンにし、第２スイッチユニット３２、第３スイッチユニット３３、第４スイッチユニット３４、第６スイッチユニット３６、第７スイッチユニット３７、及び第８スイッチユニット３８をオフにする。これにより、第１直流電源３０Ａ及び第２直流電源３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。このため多段電圧電源３Ａには、上記経路Ｃ１と逆の経路Ｃ１´が形成される。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を昇圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力で第１直流電源３０Ａを充電することができる。

スイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きく出力電圧Ｅ２＋Ｅ３未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、及び第５スイッチユニット３５をオンにし、第１スイッチユニット３１、第３スイッチユニット３３、第６スイッチユニット３６、第７スイッチユニット３７、及び第８スイッチユニット３８をオフにする。これにより、負荷４に対し可変電圧電源７及び第１直流電源３０Ａが直列に接続される（二段接続）。このため多段電圧電源３には、上記経路Ｃ３と逆の経路Ｃ３´が形成される。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を昇圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力で第１直流電源３０Ａを充電することができる。

スイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、及び第６スイッチユニット３６をオンにし、第１スイッチユニット３１、第３スイッチユニット３３、第４スイッチユニット３４、第５スイッチユニット３５、及び第８スイッチユニット３８をオフにする。これにより、負荷４に対し可変電圧電源７、第１直流電源３０Ａ、第２直流電源３９が直列に接続される（三段接続）。このため多段電圧電源３には、上記経路Ｃ５と逆の経路Ｃ５´が形成される。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を昇圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力で第１直流電源３０Ａを充電することができる。

スイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち一段接続から二段接続に切り替える際には、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替える。またスイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち二段接続から一段接続に切り替える際には、第１スイッチユニット３１及び第４スイッチユニット３４をオフからオンに切り替えた後、第２スイッチユニット３２及び第４スイッチユニット３４をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２Ａは、一段接続と二段接続との間で切り替える際には、第３スイッチユニット３３をオフにしたまま、一時的に第１スイッチユニット３１、第２スイッチユニット３２、及び第４スイッチユニット３４をオンにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と第１直流電源３０Ａの出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間のみ、上述のオーバーラップ状態を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３には、上記経路Ｃ１，Ｃ２と逆の電流の経路Ｃ１´，Ｃ２´が形成される。

スイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、すなわち二段接続から三段接続に切り替える際には、第６スイッチユニット３６及び第８スイッチユニット３８をオフからオンに切り替えた後、第５スイッチユニット３５及び第８スイッチユニット３８をオンからオフに切り替える。またスイッチ制御装置６２Ａは、回生時において、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、すなわち三段接続から二段接続に切り替える際には、第５スイッチユニット３５及び第８スイッチユニット３８をオフからオンに切り替えた後、第６スイッチユニット３６及び第８スイッチユニット３８をオンからオフに切り替える。すなわち、スイッチ制御装置６２Ａは、二段接続と三段接続との間で切り替える際には、一時的に第５スイッチユニット３５、第６スイッチユニット３６、及び第８スイッチユニット３８をオンにするとともに第７スイッチユニット３７をオフにする。これにより、可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１と第２直流電源３９の出力電圧Ｅ３とが等しくなった瞬間のみ、上述のオーバーラップ状態を実現することができる。すなわち可変電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ３とが等しくなった瞬間、多段電圧電源３には、上記経路Ｃ３，Ｃ４と逆の電流の経路Ｃ３´，Ｃ４´が形成される。

本実施形態に係る電源システム１Ａによれば、上記（１）～（９）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１１）電源システム１Ａは、第１電力線２１のうち第１スイッチ３１ｂ及び第３電力線２３の接続点よりも負荷４側に並列に接続された第５ダイオード３５ａ及び第５スイッチ３５ｂと、第１電力線２１に対し第５スイッチユニット３５をバイパスするように接続された第５電力線２５と、第５電力線２５に直列に設けられた第２直流電源３９及び第６スイッチ３６ｂと、を備える。本実施形態によれば、第６スイッチユニット３６をオンにすることにより、負荷４に対し可変電圧電源７と第１直流電源３０Ａと第２直流電源３９とを直列に接続することができるので（三段接続）、システム電圧Ｖｏｕｔの段数をさらに増やすことができる。

（１２）電源システム１Ａは、第５電力線２５のうち第２直流電源３９及び第６スイッチユニット３６よりも可変電圧電源７側と第３電力線２３のうち第１直流電源３０Ａ及び第３スイッチユニット３３の間を接続する第６電力線２６と、第５電力線２５において並列に接続された第７ダイオード３７ａ及び第７スイッチ３７ｂと、第６電力線２６において並列に接続された第８ダイオード３８ａ及び第８スイッチ３８ｂと、を備える。本実施形態によれば、電源システム１Ａの力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

なお本実施形態では、図２を参照して説明した絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである可変電圧電源７を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。第２実施形態において説明したように、絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである前段コンバータ７３と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである後段コンバータ８０とを直列に組み合わせた可変電圧電源７Ａを用いてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体としての車両について、図面を参照しながら説明する。

図１２は、本実施形態に係る車両Ｖの回路構成を示す図である。

車両Ｖは、図示しない駆動輪に連結され車両Ｖを走行させるための推進力を発生する交流回転電機Ｍと、Ｕ相電源３Ｕと、Ｖ相電源３Ｖと、Ｗ相電源３Ｗと、これら電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗと交流回転電機Ｍとを接続するインバータ回路９と、を備える。なお本実施形態では、車両Ｖは、主として交流回転電機Ｍで発生する動力によって加減速するものを例に説明するが、本発明はこれに限らない。車両Ｖは、動力発生源として交流回転電機Ｍとエンジンとを搭載する所謂ハイブリッド車両としてもよい。

Ｕ相電源３Ｕには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｕ，２２Ｕから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｕ，２２Ｕから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

Ｖ相電源３Ｖには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｖ，２２Ｖから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｖ，２２Ｖから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

またＷ相電源３Ｗには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｗ，２２Ｗから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｗ，２２Ｗから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

交流回転電機Ｍは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪に連結されている。電源３Ｕ、３Ｖ，３Ｗから交流回転電機Ｍに三相交流電力を供給することによって交流回転電機Ｍで発生させた駆動トルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪に伝達され、駆動輪を回転させ、車両Ｖを走行させる。また交流回転電機Ｍは、車両Ｖの減速時には発電機の機能を発揮し、回生電力を発電するとともに、この回生電力の大きさに応じた回生制動トルクを駆動輪に付与する。交流回転電機Ｍによって発電された回生電力は、電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗが備えるバッテリに適宜充電される。

インバータ回路９は、交流回転電機ＭのＵ相に接続されたＵ相レグ９Ｕと、交流回転電機ＭのＶ相に接続されたＶ相レグ９Ｖと、交流回転電機ＭのＷ相に接続されたＷ相レグ９Ｗと、を備える。

Ｕ相レグ９Ｕは、Ｕ相電源３Ｕの第１電力線２１Ｕと交流回転電機ＭのＵ相とを接続する第１Ｕ相電力線９１Ｕと、Ｕ相電源３Ｕの第２電力線２２Ｕと交流回転電機ＭのＵ相とを接続する第２Ｕ相電力線９２Ｕと、第１Ｕ相電力線９１Ｕに設けられたＵ相上アームスイッチング素子９３Ｕと、第２Ｕ相電力線９２Ｕに設けられたＵ相下アームスイッチング素子９４Ｕと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＵ相電源３Ｕの電力線２１Ｕ，２２Ｕは、それぞれＵ相レグ９Ｕの両端に接続されている。

Ｖ相レグ９Ｖは、Ｖ相電源３Ｖの第１電力線２１Ｖと交流回転電機ＭのＶ相とを接続する第１Ｖ相電力線９１Ｖと、Ｖ相電源３Ｖの第２電力線２２Ｖと交流回転電機ＭのＶ相とを接続する第２Ｖ相電力線９２Ｖと、第１Ｖ相電力線９１Ｖに設けられたＶ相上アームスイッチング素子９３Ｖと、第２Ｖ相電力線９２Ｖに設けられたＶ相下アームスイッチング素子９４Ｖと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＶ相電源３Ｖの電力線２１Ｖ，２２Ｖは、それぞれＶ相レグ９Ｖの両端に接続されている。

Ｗ相レグ９Ｗは、Ｗ相電源３Ｗの第１電力線２１Ｗと交流回転電機ＭのＷ相とを接続する第１Ｗ相電力線９１Ｗと、Ｗ相電源３Ｗの第２電力線２２Ｗと交流回転電機ＭのＷ相とを接続する第２Ｗ相電力線９２Ｗと、第１Ｗ相電力線９１Ｗに設けられたＷ相上アームスイッチング素子９３Ｗと、第２Ｗ相電力線９２Ｗに設けられたＷ相下アームスイッチング素子９４Ｗと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＷ相電源３Ｗの電力線２１Ｗ，２２Ｗは、それぞれＷ相レグ９Ｗの両端に接続されている。

本実施形態に係る車両Ｖによれば、以下の効果を奏する。
（１３）車両Ｖは、推進力を発生する交流回転電機Ｍと、上述のように一段接続及び二段接続を切り替えることが可能な多段電圧電源であるＵ相電源３Ｕ、Ｖ相電源３Ｖ、及びＷ相電源３Ｗと、を備える。また車両Ｖにおいて、Ｕ相電源３Ｕは、交流回転電機ＭのＵ相に接続されたＵ相レグ９Ｕの両端に接続し、Ｖ相電源３Ｖは、交流回転電機ＭのＶ相に接続されたＶ相レグ９Ｖの両端に接続し、Ｗ相電源３Ｗは、交流回転電機ＭのＷ相に接続されたＷ相レグ９Ｗの両端に接続する。車両Ｖによれば、電圧を多段化するにあたり各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗに含まれるアームスイッチを増やす必要が無くなるので、その分各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗにおけるスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。また車両Ｖによれば、各相の電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。また車両Ｖによれば、高電圧印加時（二段接続時又は三段接続時）には、電圧を変化させるために各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗに含まれるアームスイッチを操作する必要が無くなるので、交流回転電機Ｍに印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば上記実施形態では、可変電圧電源７及び前段コンバータ７３として、図２に示すようなフルブリッジ絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。

図１３は、可変電圧電源の回路構成の他の例を示す図である。図１３には、可変電圧電源７Ｃを、所謂プッシュプル絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとした場合を示す。

可変電圧電源７Ｃは、一次巻線及び二次巻線を有する絶縁トランス７５と、絶縁トランス７５の１次側と１次側入出力端子対７６ｐ，７６ｎとを接続する１次側回路７６と、絶縁トランス７５の２次側と２次側入出力端子対７７ｐ，７７ｎとを接続する２次側回路７７と、を備える。図１３に示すように可変電圧電源７Ｃの絶縁トランス７５は、一次巻線及び二次巻線共にセンタータップ方式である点において、図２に示す可変電圧電源７の絶縁トランス７０と異なる。

１次側回路７６は、１次側正極入出力端子７６ｐと絶縁トランス７５の一次巻線のセンタータップとを接続する正極電力線７６Ｌｐと、１次側負極入出力端子７６ｎに接続された負極電力線７６Ｌｎと、これら電力線７６Ｌｐ，７６Ｌｎと絶縁トランス７５の一次巻線とを接続する１次側同期型両波整流回路７６０と、正極電力線７６Ｌｐと負極電力線７６Ｌｎとの間において互いに並列に接続された１次側電圧センサ７６８及び平滑コンデンサ７６９と、を備える。

１次側同期型両波整流回路７６０は、絶縁トランス７５の一次巻線の一端側と負極電力線７６Ｌｎとを接続する第１スイッチング素子７６１と、絶縁トランス７５の一次巻線の他端側と負極電力線７６Ｌｎとを接続する第２スイッチング素子７６２と、を備える。これらスイッチング素子７６１，７６２は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。図１３に示す例では、これらスイッチング素子７６１，７６２として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７６１，７６２には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７６１，７６２のドレインはそれぞれ絶縁トランス７５の一次巻線の両端に接続され、スイッチング素子７６１，７６２のソースは負極電力線７６Ｌｎに接続される。

２次側回路７７は、２次側正極入出力端子７７ｐと絶縁トランス７５の二次巻線のセンタータップとを接続する正極電力線７７Ｌｐと、２次側負極入出力端子７７ｎに接続された負極電力線７７Ｌｎと、これら電力線７７Ｌｐ，７７Ｌｎと絶縁トランス７５の二次巻線とを接続する２次側同期型両波整流回路７７０と、正極電力線７７Ｌｐと負極電力線７７Ｌｎとの間において互いに並列に接続された２次側電圧センサ７７８及び平滑コンデンサ７７９と、を備える。

２次側同期型両波整流回路７７０は、絶縁トランス７５の二次巻線の一端側と負極電力線７７Ｌｎとを接続する第１スイッチング素子７７１と、絶縁トランス７５の二次巻線の他端側と負極電力線７７Ｌｎとを接続する第２スイッチング素子７７２と、を備える。これらスイッチング素子７７１，７７２は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。図１３に示す例では、これらスイッチング素子７７１，７７２として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７７１，７７２には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７７１，７７２のドレインはそれぞれ絶縁トランス７５の一次巻線の両端に接続され、スイッチング素子７７１，７７２のソースは負極電力線７７Ｌｎに接続される。

Ｖ…車両（移動体）
Ｍ…交流回転電機
１，１Ａ…電源システム
２１…第１電力線
２２…第２電力線
２３…第３電力線
２４…第４電力線
２５…第５電力線
２６…第６電力線
３，３Ａ…多段電圧電源
３Ｕ…Ｕ相電源
３Ｖ…Ｖ相電源
３Ｗ…Ｗ相電源
３０…直流電源（第１直流電源）
３０Ａ…第１直流電源
３９…第２直流電源
３１…第１スイッチユニット
３２…第２スイッチユニット
３３…第３スイッチユニット
３４…第４スイッチユニット
３５…第５スイッチユニット
３６…第６スイッチユニット
３７…第７スイッチユニット
３８…第８スイッチユニット
７，７Ａ，７Ｃ…可変電圧電源
７２ｐ，７２ｎ…２次側入出力端子対（第１端子対）
７３…前段コンバータ
８０…後段コンバータ
８２ｐ，８２ｎ…２次側入出力端子対（第１端子対）
４…負荷
５…インバータ回路
６，６Ａ…多段電圧電源制御装置
６１…電源駆動装置
６２，６２Ａ…スイッチ制御装置
９…インバータ回路
９Ｕ…Ｕ相レグ
９Ｖ…Ｖ相レグ
９Ｗ…Ｗ相レグ

Claims (12)

1. 可変電圧の電力を第１端子対から出力する可変電圧電源と、
   前記第１端子対と負荷とを接続する第１電力線及び第２電力線と、を備える電源システムであって、
   前記第１電力線には、第１スイッチと、当該第１スイッチの両端を接続する第３電力線と、が設けられ、
   前記第３電力線には、直流の電力を出力する第１直流電源及び第２スイッチが直列に設けられていることを特徴とする電源システム。
2. 前記第３電力線のうち前記第１直流電源及び前記第２スイッチよりも前記可変電圧電源側と前記第２電力線とを接続する第４電力線と、
   前記第３電力線のうち前記第４電力線の接続点よりも前記可変電圧電源側に設けられた第３スイッチと、を備え、
   前記第４電力線には、前記第１直流電源の出力電流を許容し、かつ当該出力電流と逆向きの電流を遮断する第４ダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第１電力線には、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第１ダイオードと前記第１スイッチとが並列に接続され、
   前記第３電力線には、前記第１直流電源の出力電流を遮断しかつ当該出力電流と逆向きの電流を許容する第３ダイオードと前記第３スイッチとが並列に接続され、
   前記第４電力線には、前記第４ダイオードと第４スイッチとが並列に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
4. 前記可変電圧電源を操作することにより前記第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
5. 前記第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧に基づいて前記第１、第２、第３及び第４スイッチを制御するスイッチ制御装置を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電源システム。
6. 前記スイッチ制御装置は、前記第１及び第２電力線における電力を前記負荷に供給する力行時において、
   前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合、前記第２、第３及び第４スイッチをオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、前記第２及び第３スイッチをオンにしかつ前記第１及び第４スイッチをオフにすることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
7. 前記スイッチ制御装置は、前記力行時において、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第２スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第３スイッチをオフからオンに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第３スイッチをオンからオフに切り替えた後、前記第２スイッチをオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項６に記載の電源システム。
8. 前記スイッチ制御装置は、前記負荷における電力を前記第１及び第２電力線に供給する回生時において、
   前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲内で変化させる場合、前記第１スイッチをオンにしかつ前記第２、第３及び第４スイッチをオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧より大きな範囲で変化させる場合、前記第２スイッチをオンにしかつ前記第１及び第４スイッチをオフにすることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
9. 前記スイッチ制御装置は、前記回生時において、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第２及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第１及び第４スイッチをオンからオフに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１及び第４スイッチをオフからオンに切り替えた後、前記第２及び第４スイッチをオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項８に記載の電源システム。
10. 前記第１電力線のうち前記第１スイッチ及び前記第３電力線の接続点よりも前記負荷側には、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつ当該出力電流と逆向きの電流を遮断する第５ダイオード及び第５スイッチが並列に接続され、
    前記第１電力線には、前記第５ダイオード及び前記第５スイッチの両端を接続する第５電力線が設けられ、
    前記第５電力線には、直流の電力を出力する第２直流電源及び第６スイッチが直列に接続されていることを特徴とする請求項３から９の何れかに記載の電源システム。
11. 前記第５電力線のうち前記第２直流電源及び前記第６スイッチよりも前記可変電圧電源側と前記第３電力線のうち前記第１直流電源及び前記第３スイッチの間とを接続する第６電力線を備え、
    前記第５電力線のうち前記第６電力線の接続点よりも前記可変電圧電源側には、前記第２直流電源の出力電流を遮断しかつその逆向きの電流を許容する第７ダイオード及び第７スイッチが並列に接続され、
    前記第６電力線には、前記第２直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第８ダイオード及び第８スイッチが並列に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の電源システム。
12. 推進力を発生する交流回転電機と、
    請求項１から１１の何れかに記載の電源システムであるＵ相電源と、
    請求項１から１１の何れかに記載の電源システムであるＶ相電源と、
    請求項１から１１の何れかに記載の電源システムであるＷ相電源と、を備える移動体であって、
    前記Ｕ相電源は、前記交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグの両端に接続され、
    前記Ｖ相電源は、前記交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグの両端に接続され、
    前記Ｗ相電源は、前記交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグの両端に接続されていることを特徴とする移動体。

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