特開 2015-226350 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-226350(P2015-226350A)

(43)【公開日】2015年12月14日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20151117BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20151117BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 V

   H02M3/28 F

   H02M7/12 F

   H02M7/12 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-108470(P2014-108470)

(22)【出願日】2014年5月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 豊

【テーマコード（参考）】

5H006

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H006AA02

5H006BB06

5H006CA02

5H006CA12

5H006CA13

5H006CB08

5H006CC02

5H006DC02

5H006DC05

5H730AA02

5H730AA14

5H730AA15

5H730AS08

5H730BB22

5H730BB57

5H730CC07

5H730CC17

5H730DD04

5H730DD12

5H730DD13

5H730DD32

5H730EE03

5H730EE57

5H730EE59

5H730EE61

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD51

5H730FG01

(57)【要約】

【課題】交流電源と直流電源との間で双方向の電力変換と同時に負荷へ電力を供給する電力変換装置を提供する。
【解決手段】前記交流電源の電源電圧と、電力変換回路を流れる回路電流と、前記直流電源の直流電流とに基づいて、交流電源の低周波成分に高周波成分が混在した電流が電力変換回路を流れるように第１のスイッチと第４のスイッチとの組と、第２のスイッチと第３のスイッチとの組を交互に開閉させるためのパルス信号を第１のスイッチと第４のスイッチとの組と、第２のスイッチと第３のスイッチの組とに供給する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のスイッチと第２のスイッチとを直列に接続するとともに、第３のスイッチと第４のスイッチとを直列に接続し、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチ及び第２のスイッチと第４のスイッチとをそれぞれ接続して閉ループを形成し、さらに、交流電源と第１のインダクタと第１のキャパシタとを直列接続してなる閉ループを形成し、前記第１のスイッチと第２のスイッチとの接続点と、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの接続点との間に、前記第１のキャパシタ、第２のインダクタ、トランスの１次巻線からなる直列回路を接続し、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの両端に直流電源を接続し、前記トランスの２次巻線に負荷または負荷回路を接続する電力変換回路と、
前記交流電源の電圧を検出する手段から得られる電源電圧と、前記電力変換回路を流れる電流を検出する手段から得られる回路電流と、前記直流電源を流れる電流を検出する手段から得られる直流電流とに基づいて、前記交流電源の低周波成分に高周波成分が混在した電流が前記電力変換回路を流れるように前記第１のスイッチと前記第４のスイッチとの組と、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとの組を交互に開閉させるためのパルス信号を前記第１のスイッチと前記第４のスイッチとの組と前記第２のスイッチと前記第３のスイッチの組とに供給する制御手段と、
を具備したことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記制御手段は、
前記交流電源の電圧を検出する手段により検出される電圧信号に基づいて前記交流電源の電圧と同位相の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
この正弦波生成手段により生成された正弦波をもとに、前記負荷に印加される電圧を検出する手段から得られる電圧信号と、前記直流電源を流れる電流を検出する手段から得られる電流信号とから、前記交流電源を流れる電流の目標値を決定し、この目標値に所定の幅を持たせて正側及び負側のエンベロープを生成するエンベロープ生成手段と、
前記電力変換回路を流れる電流を検出する手段から得られる回路電流が前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの範囲内に収まるか否かを判定し、前記回路電流が前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの範囲内から外れるタイミングで前記パルス信号を生成するパルス生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御手段は、
前記交流電源の電圧を検出する手段により検出される交流電圧の信号に基づいて交流電源電圧と逆位相の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
この正弦波生成手段により生成された正弦波をもとに、前記負荷に印加される電圧を検出する手段から得られる電圧信号と、前記直流電源を流れる電流を検出する手段から得られる電流信号とから、前記交流電源を流れる電流の目標値を決定し、この目標値に所定の幅を持たせて正側及び負側のエンベロープを生成するエンベロープ生成手段と、
前記電力変換回路を流れる電流を検出する手段から得られる回路電流が前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの範囲内に収まるか否かを判定し、前記回路電流が前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの範囲内から外れるタイミングで前記パルス信号を生成するパルス生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御手段は、
前記負荷に印加される電圧を検出する手段から得られる電圧信号により、出力電流を調整するための第１の係数を出力する出力電流調整手段、
をさらに備え、
前記エンベロープ生成手段は、前記第１の係数が前記出力電流を増加する方向に調整する値である場合には、前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの幅を広げ、前記第１の係数が前記出力電流を減少する方向に調整する値である場合には、前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの幅を狭めることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記直流電源を流れる電流を検出する手段から得られる電流信号と前記直流電源を流れる電流を設定するコントロール信号とにより、前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの振幅を調整するための第２の係数を出力する直流電流調整手段、
をさらに備え、
前記エンベロープ生成手段は、前記第２の係数が前記振幅を大きくする方向に調整する値である場合には、前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの振幅を大きくし、前記第２の係数が前記振幅を小さくする方向に調整する値である場合には、前記正側のエンベロープと前記負側のエンベロープとの振幅を小さくすることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１に記載の双方向電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、直流電源と交流電源との間の双方向の電力変換と同時に負荷へ電力を供給する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

交流電圧を直流電圧に変換する方法として、次の２つの方法が一般的に知られている。第一の方法は、ダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサとを用いる。ダイオードブリッジ回路は、交流電源からの交流を全波整流する。平滑コンデンサは、全波整流後の直流を平滑する。

【0003】

この第一の方法は、交流電圧が正または負のいずれの場合においても、常に２つのダイオードの直列回路を電流が流れる。このとき、２つのダイオードでは、それぞれダイオードを流れる電流とダイオードの順方向電圧との積に相当する電力損失が発生する。

【0004】

第二の方法は、第一の方法のダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサの間に力率改善コンバータ（ＰＦＣ）を介在させる。力率改善コンバータは、交流電源に流れる電流が正弦波状になるように制御し、なおかつ、交流電源の電圧位相と等しくなるように制御する。

【0005】

この第二の方法も、全波整流の際に２つのダイオードの直列回路を電流が流れるため、電力損失が発生する。それに加えて、力率改善コンバータを構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とダイオードを交互に電流が流れるため、さらなる損失が発生する。

【0006】

また、力率改善コンバータは、入力電流の波形を正弦波にする必要上、出力電圧を入力電圧より高く設定しなければならない。ところが、負荷で必要な電圧は、必ずしも入力電圧より高い電圧であるとは限らない。その場合は、力率改善コンバータの後段に降圧コンバータを接続する。そして、力率改善コンバータで昇圧された電圧を所望の電圧まで降圧する。この降圧の際にも損失が発生する。電力変換装置全体としては、ＡＣ−ＤＣ変換、ＤＣ−ＤＣ（昇圧）変換、ＤＣ−ＤＣ（降圧）変換の３段の構成となり、電力変換効率はこれらの変換効率の積となって現れる。例えば１段あたりの効率を０．９５とした場合、３段では０．９５×０．９５×０．９５＝０．８６となる。つまり効率９５％の優れた変換であっても３段接続では８６％まで落ちてしまう。このように、個々の変換効率は良くても、多段にすることで変換効率は著しく低下する。

【0007】

昨今、電子機器の省電力化要求が高まっており、同時に、外部環境に悪影響を及ぼさないように電流高調波ノイズを出さないことも必須の条件である。このため、負荷へ電力を供給する電力変換装置の変換効率向上と電流高調波抑制機能の両立とが求められている。

【0008】

一方、直流電圧を交流電圧に変換する方法として、パルス幅変調（ＰＷＭ）インバータ回路を用いた方法がある。この方法は、パルス幅に応じた電流を交流電源側に流すことができる。このため、交流電源側の交流電圧に同期させてパルス幅を制御することで、交流電源側の電圧波形と同じ交流電流波形を生成することができる。しかしながらこの方法は、パルス幅を生成する過程でインバータを構成するスイッチ素子において損失が発生し、電力変換効率が低下する。また、この方法は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ機能しか持ち合わせていない。このため、逆方向の交流電圧から直流電圧への変換機能を兼ね備えるためには、交流電圧を直流電圧に変換するための別回路を用意しなければならない。

【0009】

このように、交流電源と直流電源との間で双方向の電力変換を実現するには、交流電圧から直流電圧へ変換する回路と直流電圧から交流電圧へ変換する回路とを別々に設ける必要がある。しかも、２つの回路のうちいずれか一方を動かし、他方を停止させるという制御が必要である。このため、回路が冗長となり、電力変換装置のコストが高くなる。また、電力変換装置の電力変換効率が悪い上、装置が大型化、重量化する傾向にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１１−１４７２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、交流電源と直流電源との間で双方向の電力変換と同時に負荷へ電力を供給する電力変換装置の変換効率向上と電流高調波抑制機能の両立を図ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施形態において、電力変換装置は、電力変換回路と制御手段とを備える。電力変換回路は、第１のスイッチと第２のスイッチとを直列に接続するとともに、第３のスイッチと第４のスイッチとを直列に接続し、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチ及び第２のスイッチと第４のスイッチとをそれぞれ接続して閉ループを形成する。さらに電力変換回路は、交流電源と第１のインダクタと第１のキャパシタとを直列接続してなる閉ループを形成する。そして電力変換回路は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとの接続点と、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの接続点との間に、前記第１のキャパシタ、第２のインダクタ、トランスの１次巻線からなる直列回路を接続する。さらに電力変換回路は、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの両端に直流電源を接続し、前記トランスの２次巻線に負荷または負荷回路を接続する。
一方、制御手段は、前記交流電源の電圧を検出する手段から得られる電源電圧と、前記電力変換回路を流れる回路電流を検出する手段から得られる回路電流と、前記直流電源の電流を検出する手段から得られる直流電流とに基づいて、前記交流電源の低周波成分に高周波成分が混在した電流が前記電力変換回路を流れるように前記第１のスイッチと前記第４のスイッチとの組と、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとの組を交互に開閉させるためのパルス信号を前記第１のスイッチと前記第４のスイッチとの組と、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチの組とに供給する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態における電力変換装置の回路構成図。

【図2】電力変換装置が交流入力モードとして動作するときの各種信号の波形図。

【図3】電力変換装置が交流入力・直流入力モードとして動作するときの各種信号の波形図。

【図4】電力変換装置が直流入力モードとして動作するときの各種信号の波形図。

【図5】電力変換装置が交流入力・直流出力モードとして動作するときの各種信号の波形図。

【図6】電力変換装置が直流入力・交流出力モードとして動作するときの各種信号の波形図。

【図7】電力変換装置における制御部の構成を示すブロック図。

【図8】制御部の説明に用いる信号波形図。

【図9】コントロール信号と各検出信号との関係を示す波形図。

【図10】制御部の他の実施形態を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、電力変換装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、電力変換装置１００の回路構成図である。電力変換装置１００は、交流電源Ｖａｃと直流電源Ｖｄｃとを、双方向電力変換の入力または出力として接続する。また電力変換装置１００は、交流電源Ｖａｃまたは直流電源Ｖｄｃの電力の一部を、絶縁された直流電圧に変換し、負荷５へ出力する。

【0015】

電力変換装置１００は、第１〜第４の半導体スイッチ（以下、単にスイッチと称する）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と、第１，第２のインダクタＬ１，Ｌ２と、第１，第２のキャパシタＣ１，Ｃ２と、トランスＴ１と、第１，第２のダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチＳ１〜Ｓ４は、いずれもＮ型電界効果型ＦＥＴ、あるいは同等の特性を持つＧａＮ、ＳｉＣ素子等を用いる。

【0016】

電力変換装置１００は、第１〜第４の４つのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を、ブリッジと称される方式で接続する。すなわち、第１のスイッチＳ１のドレイン端子は、第３のスイッチＳ３のドレイン端子と接続する。第１のスイッチＳ１のソース端子は、第２のスイッチＳ２のドレイン端子と接続する。第３のスイッチＳ３のソース端子は、第４のスイッチＳ４のドレイン端子と接続する。第２のスイッチＳ２のソース端子は、第４のスイッチＳ４のソース端子と接続する。ここで、説明の便宜上、第１のスイッチＳ１のソース端子と第２のスイッチＳ２のドレイン端子との接続点のノード名称をＭ１端子と称する。第３のスイッチＳ３のソース端子と第４のスイッチＳ４のドレイン端子との接続点のノード名称をＭ２端子と称する。

【0017】

電力変換装置１００は、ＭＩ端子とＭ２端子との間に、第１のキャパシタＣ１と、第２のインダクタＬ２と、トランスＴ１の１次巻線Ｌｐとを直列に接続する。電力変換装置１００は、第１のキャパシタＣ１の両端に、第１のインダクタＬ１を介して交流電源Ｖａｃを接続する。電力変換装置１００は、第３のスイッチＳ３のソース端子と、第４のスイッチＳ４のドレイン端子との間に、直流電源Ｖｄｃを接続する。

【0018】

電力変換装置１００は、トランスＴ１の２つの２次巻線Ｌｓ１、Ｌｓ２を直列に接続する。電力変換装置１００は、直列に接続された２次巻線Ｌｓ１、Ｌｓ２の一端（２次巻線Ｌｓ１側）に第１のダイオードＤ１のアノード端子を接続し、他端（２次巻線Ｌｓ２側）に第２のダイオードＤ２のアノード端子を接続する。電力変換装置１００は、第１のダイオードＤ１のカソード端子を第２のダイオードＤ２のカソード端子と接続する。電力変換装置１００は、２次巻線Ｌｓ１と２次巻線Ｌｓ２とが直列に接続された中点と、第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２のカソード端子同士の接続点との間に、第２のキャパシタＣ３と負荷５とを並列に接続する。

【0019】

第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２と第２のキャパシタＣ３とは、整流平滑回路を構成する。例えば第２のインダクタＬ２に、第１のインダクタＬ１と第１のキャパシタＣ１との接続点の側からトランスＴ１の一次巻線Ｌｐの側へ電流が流れているときに、第１のダイオードＤ１に電流が流れるようにトランスＴ１の巻線を設定したとする。そうすると、第２のインダクタＬ２に流れる電流が逆向きになった場合、第２のダイオードＤ２側に電流が流れる。その結果として、回路電流Ｉｓ１の向きに係らず、第２のキャパシタＣ２には第１のダイオードＤ１側または第２のダイオードＤ２側から電流が供給される。すなわち、回路電流Ｉｓ１が正負いずれの場合であっても、回路電流Ｉｓ１の一部がトランスＴ１を介して第２のキャパシタＣ２に流れ込み、第２のキャパシタＣ２に電荷として蓄積される。

【0020】

本実施形態では、これら第１，第２のダイオードＤ１，Ｄ２と第２のキャパシタＣ２とからなる整流平滑回路とその平滑電圧出力に接続する負荷５に至るまでの構成を、負荷回路１０と称する。なお、ここで定義する負荷回路１０とは、上記実施態様に限定されるものではない。負荷回路１０は、上述の２次巻線Ｌｓ１，Ｌｓ２から負荷５までの間に配置され、両者を電気的に接続する回路構成を総称するものである。

【0021】

電力変換装置１００は、電圧検出部１、４と、電流検出部２、３とを備える。詳しくは、電力変換装置１００は、交流電源Ｖａｃの両端子間に電圧検出部１を接続する。電圧検出部１は、交流電源Ｖａｃから電力変換装置１００に印加される電圧、いわゆる交流電源電圧を検出し、その検出信号（電圧信号）Ｖｓ１を出力する。

【0022】

電力変換装置１００は、直流電源Ｖｄｃの負端子と第２のスイッチＳ２のソース端子との間に電流検出部２を接続する。電流検出部２は、直流電源Ｖｄｃを流れる電流、いわゆる直流電源電流を検出し、その検出信号（電流信号）Ｉｓ２を出力する。なお、電流検出部２の位置は、上記実施態様に限定されるものではない。例えば、直流電源Ｖｄｃの正端子と第１のスイッチＳ２のドレイン端子との間に電流検出部２を接続しても、直流電源Ｖｄｃを流れる電流を検出できる。

【0023】

電力変換装置１００は、第２のインダクタＬ２とトランスＴ１の１次巻線Ｌｐとの間に電流検出部３を接続する。電流検出部３は、第２のインダクタＬ２を流れる電流、いわゆる回路電流を検出し、その検出信号（電流信号）Ｉｓ１を出力する。

【0024】

電力変換装置１００は、第２のキャパシタＣ２の両端子間に電圧検出部４を接続する。電圧検出部４は、第２のキャパシタＣ２から負荷５に印加される電圧、いわゆる出力電圧を検出し、その検出信号（電圧信号）Ｖｓ２を出力する。

【0025】

電力変換装置１００は、制御部６を備える。制御部６は、電圧検出部１、４及び電流検出部２、３からそれぞれ出力される検出信号Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｉｓ１，Ｉｓ２とコントロール信号ＣＴＬとを入力とする。コントロール信号ＣＴＬは、図示しないコントロールスイッチの切り替えによって動的にレベルが調整される信号である。

【0026】

制御部６は、これらの入力信号Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｉｓ１，Ｉｓ２及びＣＴＬに基づいて、ブリッジを構成する第１乃至第４のスイッチＳ１〜Ｓ４のゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を生成し、そのゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を各スイッチＳ１〜Ｓ４のゲート端子にそれぞれ出力する。各スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれゲート端子にゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が供給されている間、導通する。

【0027】

電力変換装置１００は、第１のインダクタＬ１と第１のキャパシタＣ１とにより、ローパスフィルタを形成する。このため、第１のインダクタＬ１を経由して交流電源Ｖａｃ側に流れる電流、いわゆる交流電源電流は、例えば５０Ｈｚの低周波成分のみとなる。一方、電力変換装置１００は、第１〜第４の４つのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のスイッチングにより、例えば１００［ｋＨｚ：キロヘルツ］の高周波電流を得ることができる。

【0028】

この高周波電流を得るために、電力変換装置１００は、回路電流Ｉｓ１のピークを規定する正負一対のエンベロープを使用する。エンベロープは、正弦波状である。電力変換装置１００は、一対のエンベロープの間で電流の向きが切り替わるように、第１のスイッチＳ１と第４のスイッチＳ４との対と、第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３との対とを、適当なタイミングで交互にスイッチングさせる。このスイッチングにより、例えば１００［ｋＨｚ］の高周波電流が発生する。

【0029】

１００［ｋＨｚ］の高周波電流が生成されると、第１のキャパシタＣ１を経由して第１のスイッチＳ１または第２のスイッチＳ２に流れる電流は、５０［Ｈｚ：ヘルツ］の低周波成分の電流と１００［ｋＨｚ］の高周波成分の電流となる。したがって、電流検出部３で検出される回路電流（検出信号Ｉｓ１）は、５０［Ｈｚ］の低周波成分と１００［ｋＨｚ］の高周波成分とが混在した電流となる。その結果、電力変換装置１００全体では、これら２種類の周波数が異なる交流が混在して動作する。

【0030】

次に、電力変換装置１００の動作モードについて説明する。なお、ここでは、交流電源Ｖａｃとして１００［Ｖ：ボルト］で５０［Ｈｚ］の商用電源を使用し、直流電源Ｖｄｃとして４００［Ｖ］の直流電源を使用して、負荷５に２００［Ｗ：ワット］の電力を供給する場合を想定する。

【0031】

はじめに、交流電源Ｖａｃの電力を全て負荷５へ伝える動作モード（以下、交流入力モードと称する）について説明する。因みに、交流電圧は１００［Ｖ］であるから、２００［Ｗ］の電力を得るためには２［Ａ：アンペア］の電流が必要になる。つまり、最終的に第１のインダクタＬ１を経由して交流電源Ｖａｃに流れ込む電流が２［Ａ］であれば、２００［Ｗ］の電力を負荷５に供給できる。

【0032】

交流入力モードの場合、直流電源Ｖｄｃにはどちら向きにも電流が流れない。すなわち、直流電源Ｖｄｃからの電力供給はなく、直流電源Ｖｄｃからの電力出力もない。交流入力モードにおける各信号Ｖｓ１，Ｉｓ１，Ｉａｃ，ｅｎｖ１，ｅｎｖ２及びＩｓ２の波形を図２に示す。信号Ｉａｃは、交流電源電流の検出信号である。信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２は、回路電流を規定する正負一対のエンベロープ信号である。

【0033】

図２に示すように交流入力モードでは、電力変換装置１００は、交流電源電圧の検出信号Ｖｓ１と振幅，位相とも相似形をなすように、正負一対のエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２を生成する。そして、これらエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の間で折り返すように回路電流（検出信号Ｉｓ１）を流す。そうすると、回路電流の平均値は、検出信号Ｉａｃで表される交流電源電流と等しくなる。

【0034】

このように、交流電源Ｖａｃと位相及び振幅が同じとなるようにエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２を設定すると、交流電源電流は交流電源Ｖａｃと同相になる。この事象は、交流電源Ｖａｃから負荷回路１０に電力が供給されていることを意味する。すなわち交流電源Ｖａｃは、負荷５への電力供給元として作用する。

【0035】

その一方で、直流電源Ｖｄｃに流れる電流は、検出信号Ｉｓ２で示されるように、交流電源Ｖａｃの１周期内で増減はあるものの、平均すると電流ゼロの状態である。この電流ゼロの状態は、直流電源Ｖｄｃから電流が発生していないことを意味する。すなわち直流電源Ｖｄｃは、負荷５への電力供給元として作用しない。また直流電源Ｖｄｃは、双方向電力変換の電力供給先としても作用しない。

【0036】

次に、交流電源Ｖａｃの電力と直流電源Ｖｄｃの電力とを負荷５へ伝える動作モード（以下、交流入力・直流入力モードと称する）について説明する。

【0037】

交流入力・直流入力モードにおける各信号Ｖｓ１，Ｉｓ１，Ｉａｃ，ｅｎｖ１，ｅｎｖ２及びＩｓ２の波形を図３に示す。図３に示すように交流入力・直流入力モードでは、電力変換装置１００は、交流入力モードのときよりもエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅を小さくする。エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の位相は、交流電源Ｖａｃと同じとする。例えばエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅を交流入力モードのときの半分とした場合、検出信号Ｉａｃで表される交流電源電流も交流入力モードのときの半分となる。この事象は、交流電源Ｖａｃから負荷回路１０へ供給される電力が半分になったことを意味する。

【0038】

その一方で、正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は交流入力モードのときと変わらない。このため、負荷５に供給される電力は、交流入力モードのときと同じである。したがって、交流電源Ｖａｃからの電力供給が不足する。電力変換装置１００は、この不足分を直流電源Ｖｄｃからの電力供給によって補完する。

【0039】

交流入力・直流入力モードのとき、検出信号Ｉｓ２で表される直流電源電流の波形は、全体的にマイナス側（図３においてゼロレベルよりも下側）へシフトする。その結果、直流電源電流が正（＋：プラス）の値をとる区間の面積よりも負の値をとる区間の面積の方が大きくなる。この事象は、平均化すると直流電源電流は負の値となるため、負荷回路１０が直流電源Ｖｄｃから電力の供給を受けていることを意味する。すなわち交流電源Ｖａｃと直流電源Ｖｄｃとは、いずれも負荷５への電力供給元として作用する。

【0040】

次に、直流電源Ｖｄｃの電力を全て負荷５へ伝える動作モード（以下、直流入力モードと称する）について説明する。

【0041】

直流入力モードにおける各信号Ｖｓ１，Ｉｓ１，Ｉａｃ，ｅｎｖ１，ｅｎｖ２及びＩｓ２の波形を図４に示す。図４に示すように直流入力モードでは、電力変換装置１００は、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅をゼロとする。振幅がゼロになると、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２は直線状になる。したがって、これらエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の間で折り返すように回路電流（検出信号Ｉｓ１）を流しても、検出信号Ｉａｃで表される交流電源電流はゼロとなる。この電流ゼロの状態は、交流電源Ｖａｃから電流が発生していないことを意味する。すなわち交流電源Ｖａｃは、負荷５への電力供給元として作用しない。また交流電源Ｖａｃは、双方向電力変換の電力供給先としても作用しない。

【0042】

その一方で、正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は交流入力モードのときと変わらない。このため、負荷５に供給される電力は、交流入力モードのときと同じである。したがって、電力変換装置１００は、交流電源Ｖａｃからの電力供給がない分を直流電源Ｖｄｃからの電力供給によって補完する。

【0043】

直流入力モードのとき、検出信号Ｉｓ２で表される直流電源電流の波形は、全てマイナス側（図４においてゼロレベルよりも下側）へシフトする。この事象は、負荷回路１０が直流電源Ｖｄｃから電力の供給を受けていることを意味する。すなわち直流電源Ｖｄｃは、負荷５への電力供給元として作用する。

【0044】

次に、交流電源Ｖａｃの電力を負荷５へ伝えるとともに直流電源Ｖｓｃにも伝える動作モード（以下、交流入力・直流出力モード）について説明する。

【0045】

交流入力・直流出力モードにおける各信号Ｖｓ１，Ｉｓ１，Ｉａｃ，ｅｎｖ１，ｅｎｖ２及びＩｓ２の波形を図５に示す。図５に示すように交流入力・直流出力モードでは、電力変換装置１００は、正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅を小さくする。エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の位相と振幅は、交流入力モードのときと変わらない。この場合、検出信号Ｉａｃで表される交流電源電流は、交流電源Ｖａｃと同相になる。この事象は、交流電源Ｖａｃから負荷回路１０に電力が供給されていることを意味する。すなわち交流電源Ｖａｃは、負荷５への電力供給元として作用する。

【0046】

その一方で、検出信号Ｉｓ２で表される直流電源電流の波形は、全体的に正の側（図５においてゼロレベルよりも上側）へシフトする。その結果、直流電源電流が負の値をとる区間の面積よりも正の値をとる区間の面積の方が小さくなる。この事象は、平均化すると直流電源電流は正の値となるため、直流電源Ｖｄｃが交流電源Ｖａｃから電力の供給を受けていることを意味する。すなわち交流電源Ｖａｃは、負荷５への電力供給元として作用するだけでなく、直流電源Ｖｄｃへの電力供給元としても作用する。

【0047】

次に、直流電源Ｖｄｃの電力を負荷５へ伝えるとともに交流電源Ｖａｃにも伝える動作モード（以下、直流入力・交流出力モード）について説明する。

【0048】

直流入力・交流出力モードにおける各信号Ｖｓ１，Ｉｓ１，Ｉａｃ，ｅｎｖ１，ｅｎｖ２及びＩｓ２の波形を図６に示す。図６に示すように直流入力・交流出力モードでは、電力変換装置１００は、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の位相を交流入力モードのときと逆にするともに、正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅を小さくする。エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅は、交流入力モードのときと変わらない。この場合、検出信号Ｉａｃで表される交流電源電流は、交流電源Ｖａｃと逆相になる。この事象は、交流電源Ｖａｃに対して電力が供給されていることを意味する。

【0049】

直流入力・交流出力モードのとき、検出信号Ｉｓ２で表される直流電源電流の波形は、全てマイナス側（図６においてゼロレベルよりも下側）へシフトする。この事象は、負荷回路１０が直流電源Ｖｄｃから電力の供給を受けていることを意味する。すなわち直流電源Ｖｄｃは、負荷５への電力供給元として作用するだけでなく、交流電源Ｖａｃへの電力供給元としても作用する。

【0050】

上述した各動作モードは、制御部６によって制御される。そこで次に、制御部６について、図７〜図９を用いて説明する。

【0051】

図７は、制御部６の構成を示すブロック図である。図７に示すように制御部６は、ゼロクロス検出部６０１、正弦波生成部６０２、エンベロープ生成部６０３、出力電流調整部６０４、直流電流調整部６０５、正側の回路電流判定部６０６、負側の回路電流判定部６０７、ラッチ回路６０８、第１の遅延生成部６０９及び第２の遅延生成部６１０を含む。

【0052】

ゼロクロス検出部６０１は、検出信号Ｖｓ１を入力とする。検出信号Ｖｓ１は、電圧検出部１で検出される交流電源電圧である。ゼロクロス検出部６０１は、検出信号Ｖｓ１から交流電源電圧の位相の周期を検出する。

【0053】

正弦波生成部６０２は、ゼロクロス検出部６０１で検出された位相と周期とを示す信号を入力とする。正弦波生成部６０２は、ゼロクロス検出部６０１の信号から、交流電源電圧の位相と周期に同期した正弦波を生成する。

【0054】

エンベロープ生成部６０３は、正弦波生成部６０２で生成された正弦波を示す信号を入力とする。またエンベロープ生成部６０３は、出力電流調整部６０４から与えられる係数ｋ１と、直流電流調整部６０５から与えられる係数ｋ２とを入力とする。そしてエンベロープ生成部６０３は、正弦波生成部６０２で生成された正弦波の波形をエンベロープの基本波形とし、この基本波形を係数ｋ１，ｋ２で調整して、正負一対のエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２を生成する。

【0055】

出力電流調整部６０４は、検出信号Ｖｓ２を入力とする。検出信号Ｖｓ２は、電圧検出部４で検出される出力電圧である。出力電流調整部６０４は、出力電圧の変化に応じて係数ｋ１を出力する。係数ｋ１は、正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅の調整に係る。例えば出力電圧が高い場合、出力電流調整部６０４は、エンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の幅を狭くする係数ｋ１を出力する。逆に、出力電圧が低い場合には、出力電流調整部６０４は、エンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の幅を広くする係数ｋ１を出力する。本実施形態では、係数ｋ１を大きくすればエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の幅が広がり、小さくすればエンベロープ信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２の幅が狭まるものとする。

【0056】

直流電流調整部６０５は、検出信号Ｉｓ２とコントロール信号ＣＴＬとを入力とする。検出信号Ｉｓ２は、電流検出部２で検出される直流電源電流である。直流電流調整部６０５は、直流電源電流Ｉｓ２とコントロール信号ＣＴＬのレベルとに応じて係数のｋ２を出力する。係数ｋ２は、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２における振幅の調整に係る。例えば、コントロール信号ＣＴＬに対して直流電源電流が大きい場合、直流電流調整部６０５は、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅を大きくする係数ｋ２を出力する。エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が大きくなると、直流電源電流が減少する。逆に、コントロール信号ＣＴＬに対して直流電源電流が小さい場合には、直流電流調整部６０５は、エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅を小さくする係数ｋ２を出力する。エンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が小さくなると、直流電源電流が増加する。本実施形態では、係数ｋ２を小さくすればエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が大きくなり、係数ｋ２を大きくすればエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が小さくなるものとする。このような振幅の大小は、正弦波信号に対する増幅率を増減することで実現できる。

【0057】

回路電流判定部６０６は、正側のエンベロープ信号ｅｎｖ１と検出信号Ｉｓ１とを入力とする。検出信号Ｉｓ１は、電流検出部３で検出される回路電流である。回路電流判定部６０６は、回路電流がエンベロープ信号ｅｎｖ１よりも小さい状態では、何も出力しない。回路電流がエンベロープ信号ｅｎｖ１に達するか超えると、回路電流判定部６０６は、パルス信号ＳＥＴを出力する。

【0058】

回路電流判定部６０７は、負側のエンベロープ信号ｅｎｖ１と検出信号Ｉｓ１とを入力とする。検出信号Ｉｓ１は、電流検出部３で検出される回路電流である。回路電流判定部６０７は、回路電流がエンベロープ信号ｅｎｖ２よりも大きい状態では、何も出力しない。回路電流がエンベロープ信号ｅｎｖ２に達するか下回ると、回路電流判定部６０７は、パルス信号ＲＥＳＥＴを出力する。

【0059】

ラッチ回路６０８は、回路電流判定部６０６からのパルス信号ＳＥＴをセット端子に入力し、回路電流判定部６０７からのパルス信号ＲＥＳＥＴをリセット端子に入力する。ラッチ回路６０８は、セット端子にパルス信号ＳＥＴが入力されると、正転出力Ｑを“Ｈ”状態とし、同時に反転出力Ｑｂｅｒを“Ｌ”状態として、これらの状態を維持する。ラッチ回路６０８は、リセット端子にパルス信号ＲＥＳＥＴが入力されると、正転出力Ｑを“Ｌ”状態とし、同時に反転出力Ｑｂｅｒを“Ｈ”状態として、これらの状態を維持する。

【0060】

第１の遅延生成部６０９は、ラッチ回路６０８の正転出力Ｑを入力とする。第１の遅延生成部６０９は、正転出力Ｑの状態が“Ｌ”状態から“Ｈ”状態に切り替わる際に所定の遅延時間ｄ１を生成し、この遅延時間ｄ１だけ遅延させた正転出力Ｑの信号Ｑｄを出力する。この信号Ｑｄは、第１のスイッチＳ１と第４のスイッチＳ４とのゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ４として、制御部６から出力される。

【0061】

第２の遅延生成部６１０は、ラッチ回路６０８の反転出力Ｑｂｅｒを入力とする。第２の遅延生成部６１０は、反転出力Ｑｂｅｒの状態が“Ｌ”状態から“Ｈ”状態に切り替わる際に所定の遅延時間ｄ２を生成し、この遅延時間ｄ２だけ遅延させた反転出力Ｑｂａｒの信号Ｑｂａｒｄを出力する。この信号Ｑｂａｒｄは、第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３とのゲート駆動信号Ｐ２，Ｐ３として、制御部６から出力される。

【0062】

図８は、制御部６に入力される検出信号Ｉｓ１，Ｉａｃの波形と、制御部６で生成される各種信号ｅｎｖ１，ｅｎｖ２，ＳＥＴ，ＲＥＳＥＴ，Ｐ１〜Ｐ４の波形と、Ｍ１端子及びＭ２端子に印加される電圧信号の波形とを示す波形図である。

【0063】

図８において、時点ｔ０，ｔ２，ｔ４は、検出信号Ｉｓ１で表される回路電流が負側のエンベロープ信号ｅｎｖ２に達した時点（負側到達点ｑ２）である。一方、時点ｔ１，ｔ３，ｔ５は、検出信号Ｉｓ１で表される回路電流が正側のエンベロープ信号ｅｎｖ１に達した時点（正側到達点ｑ１）である。

【0064】

回路電流が正のエンベロープ信号ｅｎｖ１に達すると、回路電流判定部６０６の作用により、パルス信号ＳＥＴが出力される。そうすると、ラッチ回路６０８及び第１，第２の遅延生成部６０９，６１０の作用により、パルス信号ＳＥＴに同期してゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ４が“Ｌ”となる。また、遅延時間ｄ２が経過した後にゲート駆動信号Ｐ２，Ｐ３が“Ｈ”となる。

【0065】

ゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ４が“Ｌ”となると、第１のスイッチＳ１と第４のスイッチＳ４とが開放する。ゲート駆動信号Ｐ２，Ｐ３が“Ｈ”となると、第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３とが通電する。第１のスイッチＳ１と第４のスイッチＳ４とが開放すると、Ｍ１端子の電圧がゼロレベルとなり、Ｍ２端子の電圧が直流電源Ｖｄｃの電圧となる。

【0066】

回路電流が負のエンベロープ信号ｅｎｖ２に達すると、回路電流判定部６０７の作用により、パルス信号ＲＥＳＥＴが出力される。そうすると、ラッチ回路６０８及び第１，第２の遅延生成部６０９，６１０の作用により、パルス信号ＲＥＳＥＴに同期してゲート駆動信号Ｐ２，Ｐ３が“Ｌ”となる。また、遅延時間ｄ１が経過した後にゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ４が“Ｈ”となる。

【0067】

ゲート駆動信号Ｐ２，Ｐ３が“Ｌ”となると、第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３とが開放する。ゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ４が“Ｈ”となると、第１のスイッチＳ１と第４のスイッチＳ４とが通電する。第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３とが開放すると、Ｍ２端子の電圧がゼロレベルとなり、Ｍ１端子の電圧が直流電源Ｖｄｃの電圧となる。

【0068】

このように、Ｍ１端子とＭ２端子とには、電圧がゼロレベルの状態と直流電源Ｖｄｃの電圧が印加される状態とが交互に繰り返される。ここで、Ｍ１端子とＭ２端子との間には、第１のキャパシタＣ１と第２のインダクタＬ２とトランスＴ１との直列回路が接続されている。したがって、この直列回路に、各スイッチＳ１〜Ｓ４のオン，オフ切替タイミングに同期した高周波の交流電流が流れることになる。

【0069】

図９は、コントロール信号ＣＴＬと各検出信号Ｖｓ１，Ｉａｃ，Ｉｓ２，Ｉｓ１との関係を示す波形図である。図９において、横軸は時間を示す。そして、時点ａのときのコントロール信号ＣＴＬのレベルをｎ（ｎ＞０）と仮定する。また、時点ｂのときのコントロール信号ＣＴＬのレベルをｎ／２と仮定し、時点ｃのときのコントロール信号ＣＴＬのレベルを０と仮定し、時点ｘｃのときのコントロール信号ＣＴＬのレベルを−（ｎ／２）と仮定し、時点ｘａのときのコントロール信号ＣＴＬのレベルを３ｎ／２と仮定する。

【0070】

はじめに、時点ａにおける動作を説明する。時点ａにおいては、検出信号Ｖｓ１と検出信号Ｉａｃとから明らかなように、交流電源Ｖａｃの電圧位相と同相の交流電源電流が流れる。このとき、検出信号Ｉｓ２で示される直流電源電流は交流電源Ｖａｃの位相に応じて正負の値をとるが、平均化すると電流はゼロである。すなわち、直流電源Ｖｄｃ側から負荷回路１０側への電力供給を行っておらず、また直流電源Ｖｄｃへの電力供給もない。したがって、負荷５に供給される電力は交流電源Ｖａｃからの電力のみとなる。

【0071】

このような時点ａの動作は、交流入力モードの動作と一致する。すなわち、コントロール端子ＣＴＬのレベルをｎとすることで、制御部６は、電力変換装置の動作モードを交流入力モードに設定できる。因みに、交流入力モードの際には、交流電源Ｖａｃから負荷回路１０側へ電力を供給しているため、交流電源Ｖａｃから供給される電流は最大となる。

【0072】

次に、時点ｂの動作を説明する。時点ｂにおいては、時点ａよりもエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が小さくなる。それに伴って、交流電源電流が減少する。その一方で、直流電源電流は、全体的に負の方向にシフトして負の値となる。

【0073】

正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は、時点ａと変わらない。したがって、負荷５に供給される電力に変化はない。すなわち時点ｂにおいては、交流電源Ｖａｃから負荷回路１０へ供給される電力が減少し、その減少分を直流電源Ｖｄｃからの電力供給によって補完している。

【0074】

このような時点ｂの動作は、交流入力・直流入力モードと一致する。すなわちコントロール端子ＣＴＬのレベルをｎより小さい正の値とすることで、制御部６は、電力変換装置の動作モードを交流入力・直流入力モードに設定できる。

【0075】

次に、時点ｃの動作を説明する。時点ｃにおいては、時点ｂよりもエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅がさらに小さくなり、交流電源電流がゼロとなる。その一方で、直流電源電流は、負の値が時点ｂよりもさらに大きくなる。

【0076】

正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は、時点ａ及び時点ｂと変わらない。したがって、負荷５に供給される電力に変化はない。すなわち時点ｃにおいては、交流電源Ｖａｃからは負荷回路１０へ電力が供給されず、直流電源Ｖｄｃからの電力供給によって全て賄っている。

【0077】

このような時点ｃの動作は、直流入力モードと一致する。すなわちコントロール端子ＣＴＬのレベルを時点ｃのレベル０とすることで、制御部６は、電力変換装置の動作モードを直流入力モードに設定できる。

【0078】

次に、時点ｘｃの動作を説明する。時点ｘｃにおいては、時点ａ，ｂ，ｃと比べて交流電源電流の位相が逆相となる。このことは、交流電源Ｖａｃに電力が供給されていることを意味する。その一方で、直流電源電流は、負の値が時点ｃよりもさらに大きくなる。

【0079】

正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は、時点ａ，ｂ，ｃと変わらない。したがって、負荷５に供給される電力に変化はない。すなわち時点ｘｃにおいては、直流電源Ｖｄｃからの電力が負荷回路１０だけでなく交流電源Ｖａｃにも供給される。

【0080】

このような時点ｘｃの動作は、直流入力・交流出力モードと一致する。すなわちコントロール端子ＣＴＬのレベルを負の値とすることで、制御部６は、電力変換装置の動作モードを直流入力・交流出力モードに設定できる。

【0081】

次に、時点ｘａの動作を説明する。時点ｘａにおいては、時点ａよりもエンベロープ信号ｅｎｖ１、ｅｎｖ２の振幅が大きくなる。それに伴って、交流電源電流が増加する。その一方で、直流電源電流は、全体的に正の方向にシフトして正の値となる。直流電源電流が正ということは、直流電源Ｖｄｃに電力が供給されていることを意味する。

【0082】

正のエンベロープ信号ｅｎｖ１と負のエンベロープ信号ｅｎｖ２とによって挟まれる幅は、時点ａ，ｂ，ｃ，ｘｃと変わらない。したがって、負荷５に供給される電力に変化はない。すなわち時点ｘａにおいては、交流電源Ｖａｃからの電力が負荷回路１０だけでなく直流電源Ｖｄｃにも供給される。

【0083】

このような時点ｘａの動作は、交流入力・直流出力モードの動作と一致する。すなわちコントロール端子ＣＴＬのレベルを時点ａのレベルｎよりさらに大きくすることで、制御部６は、電力変換装置の動作モードを交流入力・直流出力モードに設定できる。

【0084】

このように電力変換装置１００は、コントロール信号ＣＴＬのレベルを調整することによって、交流入力モード、交流入力・直流入力モード、直流入力モード、交流入力・直流出力モード及び直流入力・交流出力モードの５つの動作モードを選択的に切り替えて使用することができる。

【0085】

交流入力モード及び交流入力・直流出力モードを選択した場合には、交流電源Ｖａｃを負荷回路１０または負荷５への１００％の電力供給源として活用することができる。同様に、直流入力モードまたは直流入力・交流出力モードを選択した場合には、直流電源Ｖｄｃを負荷回路１０または負荷５への１００％の電力供給源として活用することができる。一方、交流入力・直流入力モードを選択した場合には、交流電源Ｖａｃと直流電源Ｖｄｃとを負荷回路１０または負荷５への電力供給源とするとともに、その供給比率を任意に設定することができる。しかも、いずれの動作モードにおいても、負荷５への電力供給量に変動はないので、安定した動作を保証できる。

【0086】

また、交流入力・直流出力モードを選択した場合には、負荷５だけでなく、直流電源Ｖｄｃにも交流電源Ｖａｃから電力を供給できる。したがって、直流電源Ｖｄｃを充電式のバッテリとした場合、例えば負荷５を駆動しながら直流電源Ｖｄｃを充電することができる。

【0087】

また、直流入力・交流出力モードを選択した場合には、負荷５だけでなく、交流電源Ｖａｃにも直流電源Ｖｄｃから電力を供給できる。したがって、交流電源Ｖａｃが商用電源であり、この商用電源に停電が発生した場合でも、負荷５への電力供給を継続しつつ直流電源Ｖｄｃの電力を使って交流電源Ｖａｃの系統へ電力供給ができ、停電であっても交流電源Ｖａｃを利用できる利点が生じる。

【0088】

このように、負荷５に電力を供給する仕組みとして非常にバリエーションの高い機能を実現できる。例えば、通常は商用電源の交流電源Ｖａｃを使用しており、停電が発生した場合には速やかにバッテリの直流電源Ｖｄｃに切り替えるなど、電力を有効に利用できる。また、停電による負荷の動作停止を防止することができ、産業上の幅広い分野で２系統電源として利用価値がある。したがって、不安定な電力源であっても交流と直流の電力源で補完し合って動作させることができ、信頼性の高い電源システムを提供できる。

【0089】

また、電力変換装置１００は、ZVS（ゼロボルテージスイッチング）の条件で動作する。したがって、スイッチング損失が極めて少なく、効率の良い電力変換を実現できる。このことから省エネ効果を期待するあらゆる産業分野で利用効果は大きい。

【0090】

なお、前記実施形態では、外部からコントロール信号ＣＴＬのレベルを線形に調整することで、５つの動作モードを切り替える場合を例示した。コントロール信号ＣＴＬは、レベルを線形に調整するものに限定されるものではない。レベルを段階的に調整するコントロール信号ＣＴＬを適用してもよい。この場合、コントロール信号ＣＴＬのレベルと各動作モードとを１対１で対応付けたデータテーブルを備え、外部から入力されるコントロール信号ＣＴＬのレベルでデータテーブルを参照して、制御部６が動作モードを決定してもよい。

【0091】

また、図１０に示すように、直流電流調整部６０５の代わりに係数ｋ２の設定部６１１を設け、固定化された係数ｋ２をエンベロープ生成部６０３に出力するように構成してもよい。このような構成であれば、設定部６１１で設定される係数ｋ２の値により、電力変換装置１００をいずれかの動作モードの専用機として活用することができる。

【0092】

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0093】

１、４…電圧検出部、２、３…電流検出部、５…負荷、６…制御部、１０…負荷回路、１００…電力変換装置、６０１…ゼロクロス検出部、６０２…正弦波生成部、６０３…エンベロープ生成部、６０４…出力電流調整部、６０５…直流電流調整部、６０６…正側の回路電流判定部、６０７…負側の回路電流判定部、６０８…ラッチ回路、６０９…第１の遅延生成部、６１０…第２の遅延生成部、Ｖａｃ…交流電源、Ｖｄｃ…直流電源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】