JPWO2018116699A1 - 電源回路および電動車両 - Google Patents

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Abstract

ハイサイド側の第１のスイッチング素子とローサイド側の第２のスイッチング素子とを有する第１のスイッチング素子対と、ハイサイド側の第３のスイッチング素子とローサイド側の第４のスイッチング素子とを有する第２のスイッチング素子対と、第１、第２のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、制御部は、第１の動作モードにおける昇降圧比と第２の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように、第３の動作モードにおける昇降圧比を設定し、第３の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、第１のスイッチング素子対のスイッチングデューティと第２のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する電源回路である。図３

Description

本開示は、電源回路および電動車両に関する。
従来から、昇降圧動作が可能であるコンバータが提案されている。例えば、下記特許文献１には、入力電圧が出力電圧より高い場合は降圧型コンバータとして動作し、入力電圧が出力電圧より低い場合は昇圧型コンバータとして動作し、入力電圧と出力電圧とが比較的近い場合は、昇降圧型コンバータとして動作するコンバータが記載されている。
特開２０１２−３４５１６号公報
このような分野では、電源回路からの出力を可能な限り変動させずに動作を切り替えることが望まれている。
したがって、本開示は、電源回路からの出力を可能な限り変動させずに動作を切り替えることが可能な電源回路および電動車両を提供することを目的の一つとする。
本開示は、例えば、
ハイサイド側の第１のスイッチング素子とローサイド側の第２のスイッチング素子とを有する第１のスイッチング素子対と、
ハイサイド側の第３のスイッチング素子とローサイド側の第４のスイッチング素子とを有する第２のスイッチング素子対と、
第１、第２のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
制御部は、
第１の動作モードにおける昇降圧比と第２の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第３の動作モードにおける昇降圧比を設定し、第３の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、第１のスイッチング素子対のスイッチングデューティと第２のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
電源回路である。
また、本開示は、
上述した電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でもよい。
本開示の少なくとも一つの実施形態によれば、電源回路からの出力を可能な限り変動させずに動作を切り替えることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
図１は、一実施形態に係る電源回路の構成例を示す回路図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態に係る電源回路の動作例を説明するための図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態に係る電源回路の具体的な動作例を説明するための図である。 図４は、応用例を説明するための図である。 図５は、応用例を説明するための図である。
以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．一実施形態＞
＜２．変形例＞
＜３．応用例＞
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
＜１．一実施形態＞
［電源回路の構成例］
図１は、一実施形態に係る電源回路（電源回路１）の構成例を示す回路図である。電源回路１は、例えば入力電圧を昇降圧可能なコンバータであり、概略的には、スイッチング素子の一例であるＮ型のＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)Ｑ１とＭＯＳＦＥＴＱ２とが直列接続されたハーフブリッジ回路１０Ａと、ＭＯＳＦＥＴＱ３とＭＯＳＦＥＴＱ４とが直列接続されたハーフブリッジ回路１０Ｂとが結合されて構成されている。ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２により第１のスイッチング素子対が構成され、ＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４により第２のスイッチング素子対が構成される。
電源回路１の構成例について詳細に説明する。ハーフブリッジ回路１０Ａに対して入力端子ＩＮとグランドＧＮＤとが接続されている。具体的には、ハイサイド側のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ１に対して入力端子ＩＮが接続されており、ローサイド側のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ２に対してグランドＧＮＤが接続されている。なお、ハイサイド側のスイッチング素子とは高電位側に接続されるスイッチング素子であり、ローサイド側のスイッチング素子とは低電位側に接続されるスイッチング素子である。
入力端子ＩＮは図示しない電源に接続されており、当該電源から電源回路１に対して入力電圧Ｖｉｎが供給される。入力電圧Ｖｉｎは、例えば１００〜４００Ｖ程度である。入力端子ＩＮとグランドＧＮＤとの間には、安定化のためのコンデンサＣ１が接続されている。
ハーフブリッジ回路１０Ｂに対して出力端子ＯＵＴとグランドＧＮＤとが接続されている。具体的には、ハイサイド側のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ３に対して出力端子ＯＵＴが接続されており、ローサイド側のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ４に対してグランドＧＮＤが接続されている。ハーフブリッジ回路１０Ｂの出力側には、コンデンサＣ２や図示しない負荷が接続される。
ＭＯＳＦＥＴＱ１とＭＯＳＦＥＴＱ２との間の接続中点と、ＭＯＳＦＥＴＱ３とＭＯＳＦＥＴＱ４との間の接続中点とがインダクタＬ１を介して接続されている。
制御部の一例であるコントローラ２は、第１のスイッチング素子対を構成するＭＯＳＦＥＴＱ１およびＭＯＳＦＥＴＱ２を相補的に駆動する。また、コントローラ２は、第２のスイッチング素子対を構成するＭＯＳＦＥＴＱ３およびＭＯＳＦＥＴＱ４を相補的に駆動する。相補的に駆動するとは、一方のＭＯＳＦＥＴがオンしているときは他方のＭＯＳＦＥＴがオフするように駆動することをいう。なお、コントローラ２は、それぞれのＭＯＳＦＥＴをオン／オフする期間等を例えばデジタル演算によって算出する。
エラーアンプ３は、例えば、出力端子ＯＵＴから出力される電圧（出力電圧）Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果をフィードバック信号ＣＴＲＬとしてコントローラ２に出力する。コントローラ２は、フィードバック信号ＣＴＲＬに基づいて各ＭＯＳＦＥＴのスイッチングを調整し、電源回路１からの出力を定電圧に制御する。
なお、図１に示すように、一実施形態に係る電源回路１は左右対称の構成を有しており、入出力を反対にした場合でも動作する双方向性の回路（コンバータ）である。例えば、電源回路１の入力側および出力側のそれぞれにバッテリーを接続し、電源回路１を介してバッテリー間で充放電のやり取りを行うことができる。
［電源回路の動作例］
次に、電源回路１の動作例について説明する。入力端子ＩＮに印加された入力電圧Ｖｉｎが出力端子ＯＵＴから出力される出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い場合には、電源回路１は降圧コンバータとして動作する。なお、電源回路１が降圧コンバータとして動作するモードを降圧モード（第１の動作モード）と適宜、称する。降圧モードでは、コントローラ２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２を交互にオン／オフし、ＭＯＳＦＥＴＱ３を常にオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ４を常にオフする制御を実行する。
反対に、入力端子ＩＮに印加された入力電圧Ｖｉｎが出力端子ＯＵＴから出力される出力電圧Ｖｏｕｔよりも低い場合には、電源回路１は昇圧コンバータとして動作する。なお、電源回路１が昇圧コンバータとして動作するモードを昇圧モード（第２の動作モード）と適宜、称する。昇圧モードでは、コントローラ２は、ＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４を交互にオン／オフし、ＭＯＳＦＥＴＱ１を常にオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ２を常にオフする制御を実行する。
ところで、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが非常に近い電圧である場合、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティ（所定のスイッチング周期においてオンする期間の割合）若しくはＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティが０に近い値となる。実際には、これらのオンデューティには下限があり、オンデューティがある程度以下だとスイッチングが正しく行われないおそれがあるため、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが非常に近い電圧である場合には、昇降圧動作が行われる。なお、電源回路１が昇降圧動作するモードを昇降圧モード（第３の動作モード）と適宜、称する。昇降圧モードでは、コントローラ２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２を交互にオン／オフしつつ、ＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４を交互にオン／オフする制御を実行する。
第１〜第３の動作モードにおいて、入出力電圧の昇降圧比は、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティをＤｉｎ、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティをＤｏｕｔとすると、下記の式（１）により規定することができる
（１−Ｄｉｎ）／（１−Ｄｏｕｔ） ・・・（１）
コントローラ２は、各ＭＯＳＦＥＴのデューティの調整および各動作モードの切替を、エラーアンプ３から入力されるフィードバック信号ＣＴＲＬに基づいて実行する。
図２Ａは、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧とＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４のオンデューティとの関係の一例を示す図である。図２Ａにおいて、横軸がフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧［Ｖ］を示し、縦軸がオンデューティの値を示している。また、図２ＡにおけるラインＬＮ１は降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化を示し、ラインＬＮ２は降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化を示している。ラインＬＮ３は昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化を示し、ラインＬＮ４は昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化を示している。ラインＬＮ５は昇圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化を示し、ラインＬＮ６は昇圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化を示している。
図２Ｂは、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧と上述した式（１）により得られる昇降圧比との関係の一例を示す図である。図２Ｂにおいて、横軸がフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧［Ｖ］を示し、縦軸が昇降圧比を示している。図２Ｂにおいて、ラインＬＮ１０が降圧モードにおける昇降圧比の変化を示し、ラインＬＮ１１が昇降圧モードにおける昇降圧比の変化を示し、ラインＬＮ１２が昇圧モードにおける昇降圧比の変化を示している。
図２Ａ、図２Ｂにおいて、フィードバック信号ＣＴＲＬの範囲は例えば０〜５Ｖとしており、その範囲で昇降圧比が０．５〜２．０まで変化するように設定されている。デューティに関しては、０〜０．１未満の範囲ではＭＯＳＦＥＴの駆動がうまくいかず、完全なオン状態にならない場合や全くオン状態にならない場合があるため、この範囲での動作については禁止している。ただし、デューティが０の場合、換言すれば、スイッチング動作がなされずにずっとオフ（ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ３についてはずっとオン)を維持している場合は動作上問題が無いので、動作を許可している。
図２Ａに示すように、フィードバック信号ＣＴＲＬが０〜２Ｖの範囲である場合は、電源回路１は降圧モードで動作する。降圧モードでは、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティは０を維持するように設定され、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティは、フィードバック信号ＣＴＲＬが０Ｖのときは０．５に設定され、２Ｖのときは０．１に設定され、その間はラインＬＮ１で示されるような線形の関係で変化する。
フィードバック信号ＣＴＲＬが３〜５Ｖの範囲である場合は、電源回路１は昇圧モードで動作する。昇圧モードでは、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティは０を維持するように設定され、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティは、フィードバック信号ＣＴＲＬが３Ｖのときは０．１に設定され、５Ｖのときは０．５に設定され、その間はラインＬＮ６で示されるような線形の関係で変化する。
フィードバック信号ＣＴＲＬが１．５〜３．５Ｖの範囲である場合は、電源回路１は昇降圧モードで動作する。なお、フィードバック信号ＣＴＲＬが１．５〜２Ｖの範囲（第１の範囲の一例）については、電源回路１は降圧モードおよび昇降圧モードのうち選択されたいずれかの動作モードで動作することが可能とされている。また、フィードバック信号ＣＴＲＬが３〜３．５Ｖの範囲（第２の範囲の一例）については、電源回路１は昇圧モードおよび昇降圧モードのうち選択されたいずれかの動作モードで動作することが可能とされている。
図２Ｂでは、上述したように、降圧モードにおける昇降圧比がラインＬＮ１０で示され、昇圧モードにおける昇降圧比がＬＮ１２で示されている。例えば、降圧モードにおける昇降圧比と昇圧モードにおける昇降圧比とが連続的に滑らかに変化するように（略リニアに変化するように）、昇降圧モードにおける昇降圧比が設定される。そして、コントローラ２は、設定された昇降圧比に基づいて、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２のスイッチングデューティ（例えば、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティ）と、ＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４のスイッチングデューティ（例えば、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティ）とを設定して、各ＭＯＳＦＥＴを駆動する。
例えば、コントローラ２は、昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化率を降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化率より小さくする。より具体的には、コントローラ２は、昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化率を降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティの変化率の１／２（半分）に設定する。なお、オンデューティの変化率は、例えば、図２Ａに示される各ラインＬＮの傾きにより規定される。
また、コントローラ２は、昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化率を昇圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化率より小さくする。より具体的には、コントローラ２は、昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化率を昇圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティの変化率の１／２（半分）に設定する。
昇降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４のオンデューティが上述のように設定され、当該オンデューティに基づいてＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４が駆動されることで、図２Ｂに示すように、各動作モードにおける昇降圧比を連続的に変化させることが可能となる。これにより、フィードバック信号ＣＴＲＬが１．５〜２Ｖの範囲では、この範囲内で降圧モードと昇降圧モードとをどのように切り替えても、昇降圧比がほとんど変化しないため、電源回路１の出力変動を起こすこと無くスムーズに動作モードを切り替えることができる。また、フィードバック信号ＣＴＲＬの変化量に対する昇降圧比の変化量もほとんど変わらないので、電源回路１の制御特性もほぼ同じになる。また、フィードバック信号ＣＴＲＬが３〜３．５Ｖの範囲では、この範囲内で昇圧モードと昇降圧モードとをどのように切り替えても、昇降圧比がほとんど変化しないため、電源回路１の出力変動を起こすこと無くスムーズに動作モードを切り替えることができる。また、フィードバック信号ＣＴＲＬの変化量に対する昇降圧比の変化量もほとんど変わらないので、電源回路１の制御特性もほぼ同じになる。
なお、上述した電源回路１の動作において、動作モードを切り替えるための閾値にヒステリシスをもたせてもよい。例えば、降圧モードから昇降圧モードに切り替えるための第１の閾値（第１の値）をフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値２Ｖとし、昇降圧モードから降圧モードに切り替えるための第２の閾値（第２の値）をフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値１．５Ｖとしてもよい。第１の閾値と第２の閾値とは異なる値であればよいが、第１の閾値と第２の閾値とを、降圧モードおよび昇降圧モードのうち選択されたいずれかの動作モードで動作することが可能な範囲（例えば、１．５〜２Ｖの範囲）における最大値と最小値とにそれぞれ設定することにより、動作モードを切り替える際のヒステリシスを大きく取ることができる。したがって、閾値付近での微小な変動で、動作モードが頻繁に切り替わってしまうことを防止することができる。
また、例えば、昇圧モードから昇降圧モードに切り替えるための閾値（第３の値）をフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値３．５Ｖとし、昇降圧モードから昇圧モードに切り替えるための閾値（第４の値）をフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値３Ｖとしてもよい。第３の閾値と第４の閾値とは異なる値であればよいが、第３の閾値と第４の閾値とを、降圧モードおよび昇降圧モードのうち選択されたいずれかの動作モードで動作することが可能な範囲（例えば、３〜３．５Ｖの範囲）における最大値と最小値とにそれぞれ設定することにより、動作モードを切り替える際のヒステリシスを大きく取ることができる。したがって、閾値付近での微小な変動で、動作モードが頻繁に切り替わってしまうことを防止することができる。
［電源回路の具体的な動作例］
具体的な数値を示しつつ、図３Ａおよび図３Ｂを参照して電源回路１の動作例を説明する。図３Ａ、図３Ｂの記載（縦軸、横軸の記載や各ラインＬＮに示される内容）は、上述した図２Ａ、図２Ｂと同様である。本例では、降圧モードから昇降圧モードに動作モードが切り替わる例および昇降圧モードから降圧モードに動作モードが切り替わる例について説明する。もちろん、下記の説明における数値は一例であり、本開示の内容が当該数値に限定されるものではない。
例えば、入力電圧Ｖｉｎが１００Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔが７０Ｖで定常状態にあるとき、昇降圧比は０．７となるので、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値は１Ｖとなる（図３Ｂ参照）。フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値が１Ｖなので、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティが０．３で、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティが０の降圧モードで電源回路１が動作する（点１）。
ここで、入力電圧Ｖｉｎが低下した場合に、出力電圧Ｖｏｕｔが低下する。出力電圧Ｖｏｕｔはエラーアンプ３のマイナス側の入力に接続されているため、出力が低下すると、エラーアンプ３の出力であるフィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値は大きくなる。その結果、昇降圧比を上げる方向に動作が変化し（図３Ｂにおける矢印１）、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティがラインＬＮ１にしたがって連続的に小さくなることで、出力電圧Ｖｏｕｔが一定に保たれる。
ここで、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値が２Ｖに達すると、降圧モードから昇降圧モードに動作モードが切り替わる。動作モードの切り替わりに応じて、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティがラインＬＮ１上の０．１からラインＬＮ３上の０．２５に不連続に変化する（図３Ａにおける矢印３）。また、動作モードの切り替わりに応じて、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティがラインＬＮ２上の０からラインＬＮ４上の０．１５に不連続に変化する（図３Ａにおける矢印２）。
昇降圧モードで、今度は入力電圧Ｖｉｎが上昇すると、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値は低下するため、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティは連続的に大きくなり、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティは連続的に小さくなり、出力電圧Ｖｏｕｔが一定に保たれる（図３Ｂにおける矢印４）。
そして、フィードバック信号ＣＴＲＬの電圧値が１．５Ｖに達すると、昇降圧モードから降圧モードに動作モードが切り替わる。動作モードの切り替わりに応じて、ＭＯＳＦＥＴＱ２のオンデューティがラインＬＮ３上の０．３からラインＬＮ１上の０．２に不連続に変化する（図３Ａにおける矢印５）。また、動作モードの切り替わりに応じて、ＭＯＳＦＥＴＱ４のオンデューティがラインＬＮ４上の０．１からラインＬＮ２上の０に不連続に変化する（図３Ａにおける矢印６）。
以上、本開示の一実施形態に係る電源回路１について説明した。一実施形態に係る電源回路１によれば、例えば、下記の効果が得られる。
・降圧モードと昇降圧モードおよび昇圧モードと昇降圧モードの動作モードの切り替えを、電源回路の出力変動を起こさずに、換言すれば、昇降圧比が連続的に変化するようにして、スムーズに行うことが可能となる。
・また、動作モードの切り替えに対して十分なヒステリシスを持たせることにより、動作モードが頻繁に切り替わるような不安定な動作が行われることを防止することができる。
・動作モードとしては、例えば、降圧、昇降圧、昇圧の３つのモードだけなので、回路構成や制御のためのプログラムを簡素化することができる。
特許文献１に記載の技術では、動作モードの切り替わりのポイントを特定の入出力の電圧比に定めてしまうと、当該電圧比の前後で入出力電圧が変動した場合、頻繁に動作モードの切り替わりが発生し、動作が不安定になってしまう。しかしながら、一実施形態に係る電源回路１ではこのような問題を回避することができる。また、特許文献１に記載の技術では、動作モードの切り替え前後の昇降圧比は同じでも、エラーアンプの出力に対する昇降圧比の変化量が切り替え前後で大きく変わってしまうため、フィードバック制御が不安定になる可能性もある。しかしながら、一実施形態に係る電源回路１では、動作モードの切り替え時における昇降圧比が連続的に変化するため、上述した問題を回避することができる。
＜２．変形例＞
以上、本開示の一実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
上述した一実施形態における数値等はあくまで一例であり、本開示の内容が例示した数値に限定されるものではない。例えば、フィードバック信号の値は、０〜５Ｖの範囲に限定されるものではない。デューティについても一実施形態では０．１を最小としているが、スイッチング素子やその駆動回路の特性によっては、最小の値を０．０５等にしてもよい。昇降圧比の範囲についても、一実施形態では０．５〜２．０までとしているが、０．５より小さい範囲および２．０より大きい範囲については単純な降圧もしくは昇圧動作であるので、昇降圧比の範囲を０．５〜２．０の範囲に限定する必要はない。
上述した一実施形態では、出力電圧に基づいてフィードバック信号を生成するようにしたが、出力電流等によりフィードバック信号を生成してもよい。また、上述した一実施形態では、出力電圧を一定に保つ定電圧制御を例に挙げているが、出力電流や入力電流を一定に保つ定電圧制御等、他の制御に対しても本開示を適用することができる。
上述した一実施形態では、降圧モード、昇降圧モードおよび昇圧モードの昇降圧比が連続的に変化するためのＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４のオンデューティを、線形の１次関数によって規定した。しかしながら、降圧モード、昇降圧モードおよび昇圧モードの昇降圧比が連続的に変化すれば、ＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４のオンデューティが１次関数以外によって規定されてもよい。例えば、降圧モード、昇降圧モードおよび昇圧モードの昇降圧比が連続的に変化するための、フィードバック信号ＣＴＲＬに対応するＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４のオンデューティが記述されたテーブルを使用してもよい。そして、コントローラ２が当該テーブルを参照して、各ＭＯＳＦＥＴのスイッチングを行うようにしてもよい。
上述した電源回路１において、常にオンとなるＭＯＳＦＥＴ（降圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ３、昇圧モードにおけるＭＯＳＦＥＴＱ１）を駆動するために、入力電圧Ｖｉｎ以上に昇圧された駆動信号を生成するためのブートストラップ回路が設けられてもよい。
スイッチング素子として、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他の素子が使用されてもよい。
上述の一実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて一実施形態と異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などが含まれてもよい。また、実施形態および変形例で説明した事項は、技術的な矛盾が生じない限り相互に組み合わせることができる。
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
ハイサイド側の第１のスイッチング素子とローサイド側の第２のスイッチング素子とを有する第１のスイッチング素子対と、
ハイサイド側の第３のスイッチング素子とローサイド側の第４のスイッチング素子とを有する第２のスイッチング素子対と、
前記第１、第２のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
前記制御部は、
第１の動作モードにおける昇降圧比と第２の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第３の動作モードにおける昇降圧比を設定し、前記第３の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、前記第１のスイッチング素子対のスイッチングデューティと前記第２のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
電源回路。
（２）
前記第１の動作モードは入力電圧を降圧する動作モードであり、前記第２の動作モードは入力電圧を昇圧する動作モードであり、前記第３の動作モードは入力電圧を昇降圧する動作モードである
（１）に記載の電源回路。
（３）
前記制御部は、
前記第１の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを駆動し、
前記第２の動作モードにおいて前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを駆動し、
前記第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを駆動しつつ、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを駆動する
（２）に記載の電源回路。
（４）
前記制御部は、電源回路からの出力に基づいて生成されるフィードバック信号に応じて前記動作モードを切り替える
（１）〜（３）のいずれかに記載の電源回路。
（５）
前記フィードバック信号の値が第１の範囲内において、前記第１の動作モードおよび前記第３の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされ、
前記フィードバック信号の値が第２の範囲内において、前記第２の動作モードおよび前記第３の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされている
（４）に記載の電源回路。
（６）
前記フィードバック信号の値が前記第１の範囲内における第１の値の場合に前記第１の動作モードから前記第３の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第１の範囲内における前記第１の値とは異なる第２の値の場合に前記第３の動作モードから前記第１の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、
前記フィードバック信号の値が前記第２の範囲内における第３の値の場合に前記第２の動作モードから前記第３の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第２の範囲内における前記第３の値とは異なる第４の値の場合に前記第３の動作モードから前記第２の動作モードに動作モードが切り替わるように設定されている
（５）に記載の電源回路。
（７）
前記第１の値は、前記第１の範囲内における最大値であり、前記第２の値は、前記第１の範囲内における最小値であり、
前記第３の値は、前記第２の範囲内における最大値であり、前記第４の値は、前記第２の範囲内における最小値である
（６）に記載の電源回路。
（８）
前記第３の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第１の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定され、
前記第３の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第２の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定される
（１）〜（７）のいずれかに記載の電源回路。
（９）
前記第３の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第１の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率の１／２に設定され、
前記第３の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第２の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率の１／２に設定される
（８）に記載の電源回路。
（１０）
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間の接続中点と、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との間の接続中点とがインダクタを介して接続されている
（１）〜（９）のいずれかに記載の電源回路。
（１１）
前記第１〜第４のスイッチング素子がＮ型のＭＯＳＦＥＴにより構成される
（１）〜（１０）のいずれかに記載の電源回路。
（１２）
入出力を反対にした場合でも動作する双方向性の回路である
（１）〜（１１）のいずれかに記載の電源回路。
（１３）
（１）〜（１２）のいずれかに記載の電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
＜３．応用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施形態に係る電源回路を有する電源装置や電源回路により制御されるバッテリユニットとして、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図４を参照して説明する。図４に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両７２００には、エンジン７２０１、発電機７２０２、電力駆動力変換装置７２０３、駆動輪７２０４ａ、駆動輪７２０４ｂ、車輪７２０５ａ、車輪７２０５ｂ、バッテリー７２０８、車両制御装置７２０９、各種センサ７２１０、充電口７２１１が搭載されている。バッテリー７２０８の制御回路や車両制御装置７２０９の回路に対して、上述した本開示の実施形態に係る電源回路が適用される。
ハイブリッド車両７２００は、電力駆動力変換装置７２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置７２０３の一例は、モーターである。バッテリー７２０８の電力によって電力駆動力変換装置７２０３が作動し、この電力駆動力変換装置７２０３の回転力が駆動輪７２０４ａ、７２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置７２０３が交流モーターでも直流モーターでも適用可能である。各種センサ７２１０は、車両制御装置７２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ７２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン７２０１の回転力は発電機７２０２に伝えられ、その回転力によって発電機７２０２により生成された電力をバッテリー７２０８に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置７２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置７２０３により生成された回生電力がバッテリー７２０８に蓄積される。
バッテリー７２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口７２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両７２００の一例について説明した。本開示の一実施形態に係る電源回路は、例えば、バッテリー７２０８の入出力に関係する回路として適用することができる。
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図５を参照して説明する。例えば住宅９００１用の蓄電システム９１００においては、火力発電９００２ａ、原子力発電９００２ｂ、水力発電９００２ｃ等の集中型電力系統９００２から電力網９００９、情報網９０１２、スマートメータ９００７、パワーハブ９００８等を介し、電力が蓄電装置９００３に供給される。これと共に、家庭内発電装置９００４等の独立電源から電力が蓄電装置９００３に供給される。蓄電装置９００３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置９００３を使用して、住宅９００１で使用する電力が給電される。住宅９００１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅９００１には、発電装置９００４、電力消費装置９００５、蓄電装置９００３、各装置を制御する制御装置９０１０、スマートメータ９００７、各種情報を取得するセンサ９０１１が設けられている。各装置は、電力網９００９および情報網９０１２によって接続されている。発電装置９００４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置９００５および／または蓄電装置９００３に供給される。電力消費装置９００５は、冷蔵庫９００５ａ、空調装置９００５ｂ、テレビジョン受信機９００５ｃ、風呂９００５ｄ等である。さらに、電力消費装置９００５には、電動車両９００６が含まれる。電動車両９００６は、電気自動車９００６ａ、ハイブリッドカー９００６ｂ、電気バイク９００６ｃである。
蓄電装置９００３に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置９００３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両９００６で使用されるものでも良い。スマートメータ９００７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網９００９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ９０１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ９０１１により取得された情報は、制御装置９０１０に送信される。センサ９０１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置９００５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置９０１０は、住宅９００１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ９００８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置９０１０と接続される情報網９０１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置９０１０は、外部のサーバ９０１３と接続されている。このサーバ９０１３は、住宅９００１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ９０１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置９０１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置９００３に格納されている。制御装置９０１０は、蓄電装置９００３、家庭内発電装置９００４、電力消費装置９００５、各種センサ９０１１、サーバ９０１３と情報網９０１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
以上のように、電力が火力９００２ａ、原子力９００２ｂ、水力９００２ｃ等の集中型電力系統９００２のみならず、家庭内発電装置９００４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置９００３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置９００４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置９００３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置９００３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置９００３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置９０１０が蓄電装置９００３内に格納される例を説明したが、スマートメータ９００７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム９１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム９１００の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置９００３に好適に適用され得る。具体的には、一実施形態に係る電源回路を蓄電装置９００３に関係する回路に適用することができる。
１・・・電源回路
２・・・コントローラ
３・・・エラーアンプ
Ｑ１〜Ｑ４・・・Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ
Ｌ１・・・インダクタ

Claims (13)

  1. ハイサイド側の第１のスイッチング素子とローサイド側の第２のスイッチング素子とを有する第１のスイッチング素子対と、
    ハイサイド側の第３のスイッチング素子とローサイド側の第４のスイッチング素子とを有する第２のスイッチング素子対と、
    前記第１、第２のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
    前記制御部は、
    第１の動作モードにおける昇降圧比と第２の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第３の動作モードにおける昇降圧比を設定し、前記第３の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、前記第１のスイッチング素子対のスイッチングデューティと前記第２のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
    電源回路。
  2. 前記第１の動作モードは入力電圧を降圧する動作モードであり、前記第２の動作モードは入力電圧を昇圧する動作モードであり、前記第３の動作モードは入力電圧を昇降圧する動作モードである
    請求項１に記載の電源回路。
  3. 前記制御部は、
    前記第１の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを駆動し、
    前記第２の動作モードにおいて前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを駆動し、
    前記第３の動作モードにおいて前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを駆動しつつ、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とを駆動する
    請求項２に記載の電源回路。
  4. 前記制御部は、電源回路からの出力に基づいて生成されるフィードバック信号に応じて前記動作モードを切り替える
    請求項１に記載の電源回路。
  5. 前記フィードバック信号の値が第１の範囲内において、前記第１の動作モードおよび前記第３の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされ、
    前記フィードバック信号の値が第２の範囲内において、前記第２の動作モードおよび前記第３の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされている
    請求項４に記載の電源回路。
  6. 前記フィードバック信号の値が前記第１の範囲内における第１の値の場合に前記第１の動作モードから前記第３の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第１の範囲内における前記第１の値とは異なる第２の値の場合に前記第３の動作モードから前記第１の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、
    前記フィードバック信号の値が前記第２の範囲内における第３の値の場合に前記第２の動作モードから前記第３の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第２の範囲内における前記第３の値とは異なる第４の値の場合に前記第３の動作モードから前記第２の動作モードに動作モードが切り替わるように設定されている
    請求項５に記載の電源回路。
  7. 前記第１の値は、前記第１の範囲内における最大値であり、前記第２の値は、前記第１の範囲内における最小値であり、
    前記第３の値は、前記第２の範囲内における最大値であり、前記第４の値は、前記第２の範囲内における最小値である
    請求項６に記載の電源回路。
  8. 前記第３の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第１の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定され、
    前記第３の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第２の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定される
    請求項１に記載の電源回路。
  9. 前記第３の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第１の動作モードにおける前記第２のスイッチング素子のオンデューティの変化率の１／２に設定され、
    前記第３の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第２の動作モードにおける前記第４のスイッチング素子のオンデューティの変化率の１／２に設定される
    請求項８に記載の電源回路。
  10. 前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間の接続中点と、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との間の接続中点とがインダクタを介して接続されている
    請求項１に記載の電源回路。
  11. 前記第１〜第４のスイッチング素子がＮ型のＭＯＳＦＥＴにより構成される
    請求項１に記載の電源回路。
  12. 入出力を反対にした場合でも動作する双方向性の回路である
    請求項１に記載の電源回路。
  13. 請求項１に記載の電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
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