特許 6013696 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013696

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 H

   H02M3/28 P

【請求項の数】24

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2015-40598(P2015-40598)

(22)【出願日】2015年3月2日

(65)【公開番号】特開2016-49013(P2016-49013A)

(43)【公開日】2016年4月7日

【審査請求日】2015年10月13日

(31)【優先権主張番号】特願2014-42875(P2014-42875)

(32)【優先日】2014年3月5日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-174042(P2014-174042)

(32)【優先日】2014年8月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】居安 誠二

(72)【発明者】

【氏名】半田 祐一

(72)【発明者】

【氏名】冨田 健児

(72)【発明者】

【氏名】中村 公計

(72)【発明者】

【氏名】後藤 真也

(72)【発明者】

【氏名】見澤 勝豊

【審査官】 麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１４７４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２８９７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１２２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２４７８７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源（２０）と、
前記直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイル（１１）と、
センタータップ（１３）を有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子（Ｑ１）、第２スイッチング素子（Ｑ２）を介して所定接続点（１２）に接続される第１コイル（Ｌ１）と、
前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイル（Ｌ２）と、
前記第２コイルに整流回路（１４）を介して接続される容量負荷（３０）と、
前記容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段（１６）と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのそれぞれに、ＯＮ信号とＯＦＦ信号との一方を送信するパルス生成部（１７）と、を備え、
前記センタータップが前記直流電源の負極に接続され且つ前記所定接続点が前記チョークコイルの出力端に接続されており、又は、前記センタータップが前記チョークコイルの出力端に接続され且つ前記所定接続点が前記直流電源の前記負極に接続されており、
前記容量負荷電圧が第１所定値以下の場合には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、交互に繰り返す第１モードとし、
前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御とを、交互に繰り返す第３モードとすることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

直流電源（２０）と、
前記直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイル（１１）と、
センタータップ（１３）を有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子（Ｑ１）、第２スイッチング素子（Ｑ２）を介して所定接続点（１２）に接続される第１コイル（Ｌ１）と、
前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイル（Ｌ２）と、
前記第２コイルに整流回路（１４）を介して接続される容量負荷（３０）と、
前記容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段（１６）と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのそれぞれに、ＯＮ信号とＯＦＦ信号との一方を送信するパルス生成部（１７）と、を備え、
前記センタータップが前記直流電源の負極に接続され且つ前記所定接続点が前記チョークコイルの出力端に接続されており、又は、前記センタータップが前記チョークコイルの出力端に接続され且つ前記所定接続点が前記直流電源の前記負極に接続されており、
前記容量負荷電圧が、第１所定値より小さい値である第２所定値以下の場合には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、交互に繰り返す第１モードとし、
前記容量負荷電圧が、前記第２所定値より大きく、且つ、前記第１所定値以下の場合には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、順に繰り返す第２モードとし、
前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御とを、交互に繰り返す第３モードとすることを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

前記パルス生成部は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのそれぞれに、制御周期の等しい信号を送信することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

直流電源（２０）と、
前記直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイル（１１）と、
センタータップ（１３）を有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子（Ｑ１）、第２スイッチング素子（Ｑ２）を介して所定接続点（１２）に接続される第１コイル（Ｌ１）と、
前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイル（Ｌ２）と、
前記第２コイルに整流回路（１４）を介して接続される容量負荷（３０）と、
前記容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段（１６）と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのそれぞれに、制御周期の等しい第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを送信するパルス生成部（１７）と、を備え、
前記センタータップが前記直流電源の負極に接続され且つ前記所定接続点が前記チョークコイルの出力端に接続されており、又は、前記センタータップが前記チョークコイルの出力端に接続され且つ前記所定接続点が前記直流電源の前記負極に接続されており、
前記容量負荷電圧が第１所定値以下の場合には、前記第１ＰＷＭ信号と、前記第２ＰＷＭ信号との位相差が、前記制御周期の半分であるとともに、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５未満の等しい値である第１モードとし、
前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合には、前記第１ＰＷＭ信号と、前記第２ＰＷＭ信号との位相差が、前記制御周期の半分であるとともに、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５より大きい等しい値である第３モードとすることを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

直流電源（２０）と、
前記直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイル（１１）と、
センタータップ（１３）を有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子（Ｑ１）、第２スイッチング素子（Ｑ２）を介して所定接続点（１２）に接続される第１コイル（Ｌ１）と、
前記第１コイルと磁気的に結合する第２コイル（Ｌ２）と、
前記第２コイルに整流回路（１４）を介して接続される容量負荷（３０）と、
前記容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段（１６）と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのそれぞれに、制御周期の等しい第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを送信するパルス生成部（１７）と、を備え、
前記センタータップが前記直流電源の負極に接続され且つ前記所定接続点が前記チョークコイルの出力端に接続されており、又は、前記センタータップが前記チョークコイルの出力端に接続され且つ前記所定接続点が前記直流電源の前記負極に接続されており、
前記容量負荷電圧が、第１所定値より小さい値である第２所定値以下の場合には、前記第１ＰＷＭ信号と、前記第２ＰＷＭ信号との位相差が、前記制御周期の半分であるとともに、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５未満の等しい値である第１モードとし、
前記容量負荷電圧が、前記第２所定値より大きく、且つ、前記第１所定値以下の場合には、前記第１ＰＷＭ信号と、前記第２ＰＷＭ信号との位相差が、前記制御周期の１周期差であるとともに、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号は、第１Ｄｕｔｙ値の信号と、前記第１Ｄｕｔｙ値と異なる第２Ｄｕｔｙ値の信号が、前記制御周期ごとに交互に繰り返されるものであり、且つ、前記第１Ｄｕｔｙ値と前記第２Ｄｕｔｙ値の和が１未満であり、且つ、前記第１Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングと、前記第２Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングとは、前記制御周期の１周期差である第２モードとし、
前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合には、前記第１ＰＷＭ信号と、前記第２ＰＷＭ信号との位相差が、前記制御周期の半分であるとともに、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５より大きい等しい値である第３モードとすることを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

前記直流電源の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出手段（１５）をさらに備え、
前記第１所定値は、次式（１）により算出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
Ｖ１＝Ｎ×Ｖｉｎ／（２×（１−Ｄｕｔｙ０））…（１）
ここで、Ｖ１は前記第１所定値であり、Ｎは前記第１コイルに対する前記第２コイルの巻数比であり、Ｖｉｎは前記入力電圧であり、Ｄｕｔｙ０は第３モードの制御を開始する際のＤｕｔｙ値の初期値であり、０．５より大きく１未満の値である。

【請求項7】

前記直流電源の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出手段（１５）をさらに備え、
前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合の前記Ｄｕｔｙ値が、次式（２）により算出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
Ｄｕｔｙ３＝１−Ｎ×Ｖｉｎ／（２×Ｖｃ）…（２）
ここで、Ｄｕｔｙ３は、第３モードの前記Ｄｕｔｙ値であり、Ｎは前記第１コイルに対する前記第２コイルの巻数比であり、Ｖｉｎは前記入力電圧であり、Ｖｃは前記容量負荷電圧である。

【請求項8】

前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合の前記Ｄｕｔｙ値が、次式（２）により算出されることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
Ｄｕｔｙ３＝１−Ｎ×Ｖｉｎ／（２×Ｖｃ）…（２）
ここで、Ｄｕｔｙ３は、第３モードの前記Ｄｕｔｙ値であり、Ｎは前記第１コイルに対する前記第２コイルの巻数比であり、Ｖｉｎは前記入力電圧であり、Ｖｃは前記容量負荷電圧である。

【請求項9】

上式（１）により算出される前記第１所定値を、所定の補正値を用いて補正することを特徴とする、請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項10】

上式（２）により前記容量負荷電圧が前記第１所定値より大きい場合の前記Ｄｕｔｙ値を算出する際に、前記容量負荷電圧に補正値を加算して前記Ｄｕｔｙ値を算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記直流電源の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出手段（１５）をさらに備え、
前記第１モードにおける前記Ｄｕｔｙ値が、次式（７）により算出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
Ｄｕｔｙ１＝Ｉｍａｘ１×Ｌ／｛Ｔｓ（Ｖｉｎ−Ｖｃ／Ｎ）｝…（７）
ここで、Ｄｕｔｙ１は前記第１モードの前記Ｄｕｔｙ値であり、Ｉｍａｘ１は前記チョークコイルに流れる電流の、前記第１モードにおいて許容することができる最大の値であり、Ｌは前記チョークコイルの自己インダクタンスであり、Ｔｓは前記制御周期であり、Ｖｉｎは前記入力電圧であり、Ｖｃは前記容量負荷電圧であり、Ｎは前記第１コイルに対する前記第２コイルの巻数比である。

【請求項12】

前記直流電源の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出手段（１５）をさらに備え、
前記第２モードにおける前記第１Ｄｕｔｙ値及び前記第２Ｄｕｔｙ値が、次式（８）及び次式（９）により算出されることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
Ｄｕｔｙ２ｌ＜Ｉｍａｘ２×Ｌ／（Ｔｓ×Ｖｉｎ）…（８）
Ｄｕｔｙ２ｈ＝（Ｉｍａｘ２×Ｌ−Ｖｃ×Ｄｕｔｙ２ｌ×Ｔｓ／Ｎ）／｛Ｔｓ（Ｖｉｎ−Ｖｃ）／Ｎ｝…（９）
ここで、Ｄｕｔｙ２１は前記第１Ｄｕｔｙ値と前記第２Ｄｕｔｙ値との一方であり、Ｄｕｔｙ２ｈは前記第１Ｄｕｔｙ値と前記第２Ｄｕｔｙ値との他方であるとともに、Ｄｕｔｙ２ｌよりも大きい値であり、Ｉｍａｘ２は前記チョークコイルに流れる電流の、前記第２モードにおいて許容することができる最大の値であり、Ｌは前記チョークコイルの自己インダクタンスであり、Ｔｓは前記制御周期であり、Ｖｉｎは前記入力電圧であり、Ｖｃは前記容量負荷電圧であり、Ｎは前記第１コイルに対する前記第２コイルの巻数比である。

【請求項13】

前記第１モードでは、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方を、第１所定期間においてＯＦＦとし、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との他方を、前記第１所定期間において、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項14】

前記第３モードでは、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方を、第２所定期間においてＯＮとし、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との他方を、前記第２所定期間において、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１〜３、１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項15】

第３所定期間における、前記第１スイッチング素子をＯＮとしていた時間の累積値と、前記第２スイッチング素子をＯＮとしていた時間の累積値とは等しいことを特徴とする請求項１〜３、１３、１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項16】

前記チョークコイルの電流値を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記第１モード及び前記第３モードにおいて、それぞれ、検出された電流値が予め定められた値である指令値となるように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項17】

前記第３モードにおける前記指令値は、前記第１モードにおける前記指令値よりも大きいことを特徴とする、請求項１６に記載の電力変換装置。

【請求項18】

前記チョークコイルの電流値を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記第１モード、前記第２モード、及び前記第３モードにおいて、それぞれ、検出された前記電流値が予め定められた値である指令値となるように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を制御することを特徴とする、請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項19】

前記第３モードにおける前記指令値は、前記第１モードにおける前記指令値、及び、前記第２モードにおける前記指令値よりも大きいことを特徴とする、請求項１８に記載の電力変換装置。

【請求項20】

前記第２モードにおいて、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との一方のＯＮ期間を一定とし、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との他方のＯＮ期間を変更することにより、前記電流値が前記指令値となるように制御することを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の電力変換装置。

【請求項21】

前記第２モードにおいて、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのうち、ＯＮ期間を一定とした前記スイッチング素子のＤｕｔｙ値を５０％以下とすることを特徴とする、請求項２０に記載の電力変換装置。

【請求項22】

前記第２モードにおいて、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子を共にＯＦＦとするタイミングにおける前記電流値が、前記指令値となるように制御することを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項23】

前記電流値に、鋸歯状波であるスロープ信号を加算するスロープ補償部をさらに備え、
前記スロープ補償部は、前記第１モード及び第２モードにおいて前記スロープ信号の加算を行わず、前記第３モードにおいて前記スロープ信号を加算することを特徴とする、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項24】

前記各モードにおいて、前記電流値を前記指令値とすべく、ピーク電流制御を行うことを特徴とする、請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容量負荷へ充電を行う電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

直流電源を用いて容量負荷へ充電を行うものとして、特許文献１記載の電源制御装置がある。特許文献１記載の電源制御装置は、主蓄電装置と、主蓄電装置の電力ラインの間に接続される容量負荷と、主蓄電装置の電力ラインの間に、双方向コンバータを介して容量負荷と並列接続された補機用蓄電装置とを備えている。主蓄電装置と補機用蓄電装置との間での電力の授受は、双方向コンバータを用いて行われる。また、補機用蓄電装置の電力を双方向コンバータを用いて容量負荷へ供給することにより、容量負荷の電圧が主蓄電装置の電圧と等しくなるまで充電が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２９５６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の電源制御装置における双方向コンバータが、補機用蓄電池側にチョークコイルを備える電流入力型プッシュプル方式ＤＣＤＣコンバータであった場合には、容量負荷への充電は、チョークコイルの電流の増加と減少を繰り返すことにより行われる。また、特許文献１記載の電源制御装置では、システムの低コスト化や小型化の観点から、突入電流を防止するための制限抵抗等が設けられていない。

【0005】

ここで、チョークコイルの電流が減少するための条件は、補機用蓄電池の電圧が、容量負荷の電圧を、双方向コンバータを構成するコイルの巻数比で除算した値より小さいことである。したがって、充電の開始時等、容量負荷の電圧が小さい場合には、チョークコイルの電流は増加し続けることとなる。その結果として、ＤＣＤＣコンバータの劣化や破損につながるおそれがある。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、回路中の過剰な電流を抑制しつつ、且つ、容量負荷の充電を速やかに行うことが可能な電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、電力変換装置であって、直流電源と、直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイルと、センタータップを有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子、第２スイッチング素子を介して所定接続点に接続される第１コイルと、第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、第２コイルに整流回路を介して接続される容量負荷と、容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのそれぞれに、制御周期の等しい第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを送信するパルス生成部と、を備え、センタータップが電源の負極に接続され且つ所定接続点がチョークコイルの出力端に接続されており、又は、センタータップがチョークコイルの出力端に接続され且つ所定接続点が電源の負極に接続されており、容量負荷電圧が第１所定値以下の場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５未満の等しい値である第１モードとし、容量負荷電圧が第１所定値より大きい場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５より大きい等しい値である第３モードとすることを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、電力変換装置であって、直流電源と、直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイルと、センタータップを有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子、第２スイッチング素子を介して所定接続点に接続される第１コイルと、第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、第２コイルに整流回路を介して接続される容量負荷と、容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのそれぞれに、ＯＮ信号とＯＦＦ信号との一方を送信するパルス生成部と、を備え、センタータップが直流電源の負極に接続され且つ所定接続点がチョークコイルの出力端に接続されており、又は、センタータップがチョークコイルの出力端に接続され且つ所定接続点が直流電源の負極に接続されており、容量負荷電圧が第１所定値以下の場合には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、交互に繰り返す第１モードとし、容量負荷電圧が第１所定値より大きい場合には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御とを、交互に繰り返す第３モードとすることを特徴とする。

【0009】

トランスに対して電源側にチョークコイルを持つ、電流入力型プッシュプルＤＣＤＣコンバータでは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の両方がＯＮの状態では、第１コイルが短絡状態となるため、第１コイルの電圧はゼロである。したがって、チョークコイルには直流電源の電圧である入力電圧そのものが印加されることとなり、電流が直線的に増加する。

【0010】

また、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のいずれか一方がＯＮの状態では、入力電圧と、容量負荷の電圧である容量負荷電圧と、コイルの巻数比とに基づいてチョークコイルに流れる電流が増加するか減少するかが決定される。すなわち、入力電圧が、容量負荷電圧を巻数比で除算した値より大きければ、チョークコイルに印加される電圧は正の値となり、チョークコイルの電流は増加する。一方、入力電圧が、容量負荷電圧を巻数比で除算した値より小さければ、チョークコイルに印加される電圧は負の値となり、チョークコイルの電流は減少する。

【0011】

さらに、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＦＦの状態では、チョークコイルに流れる電流は減少する。

【0012】

ここで、容量負荷への充電の開始時等、容量負荷電圧が小さい場合において、入力電圧は、容量負荷電圧を巻数比で除算した値より大きくなる。このため、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のいずれか一方をＯＮとした場合においても、チョークコイルに流れる電流は増加し続ける。したがって、この場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値を、共に０．５未満の等しい値とする第１モードの制御を行う。

【0013】

若しくは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、交互に繰り返す第１モードの制御を行う。

【0014】

この第１モードの制御により、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのいずれか一方がＯＮの状態と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＦＦとなる状態とが、交互に繰り返されることとなる。したがって、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＦＦとなる時間を設けることができ、この期間にチョークコイルに流れる電流を減少させることができる。よって、チョークコイルに蓄積される電流が増加し続けることを防ぐことができ、ひいては、ＤＣＤＣコンバータの劣化及び故障を抑制することができる。

【0015】

一方、容量負荷への充電が進行した場合等、容量負荷電圧が大きくなった場合には、入力電圧は、容量負荷電圧を巻数比で除算した値より小さくなる。このため、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのいずれか一方をＯＮとした場合には、チョークコイルに流れる電流は減少することとなる。そこで、容量負荷電圧が第１所定値より大きい場合に、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値を、共に０．５より大きい等しい値とする第３モードの制御を行う。

【0016】

若しくは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御とを、交互に繰り返す第３モードの制御を行う。

【0017】

この第３モードの制御により、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＮの状態と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のいずれか一方がＯＮの状態とが、交互に繰り返されることとなる。したがって、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＮとなる期間にチョークコイルに流れる電流を増加させることができ、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのいずれか一方がＯＮの期間には、チョークコイルに流れる電流を減少させることにより、充電が進行した容量負荷への充電を迅速に行うことができる。

【0018】

また、本発明は、電力変換装置であって、直流電源と、直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイルと、センタータップを有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子、第２スイッチング素子を介して所定接続点に接続される第１コイルと、第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、第２コイルに整流回路を介して接続される容量負荷と、容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのそれぞれに、制御周期の等しい第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを送信するパルス生成部と、を備え、センタータップが電源の負極に接続され且つ所定接続点が前記チョークコイルの出力端に接続されており、又は、センタータップがチョークコイルの出力端に接続され且つ所定接続点が電源の負極に接続されており、容量負荷電圧が、第１所定値より小さい値である第２所定値以下の場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５未満の等しい値である第１モードとし、容量負荷電圧が、第２所定値より大きく、且つ、第１所定値以下の場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の１周期差であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号は、第１Ｄｕｔｙ値の信号と、第１Ｄｕｔｙ値と異なる第２Ｄｕｔｙ値の信号が、制御周期ごとに交互に繰り返されるものであり、且つ、第１Ｄｕｔｙ値と第２Ｄｕｔｙ値の和が１未満であり、且つ、第１Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングと、第２Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングとは、制御周期の１周期差である第２モードとし、容量負荷電圧が第１所定値より大きい場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の半分であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値は、共に０．５より大きい等しい値である第３モードとすることを特徴とする。

【0019】

また、本発明は、電力変換装置であって、直流電源と、直流電源の正極に入力端が接続されるチョークコイルと、センタータップを有し、両端がそれぞれ第１スイッチング素子、第２スイッチング素子を介して所定接続点に接続される第１コイルと、第１コイルと磁気的に結合する第２コイルと、第２コイルに整流回路を介して接続される容量負荷と、容量負荷の電圧である容量負荷電圧を検出する容量負荷電圧検出手段と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのそれぞれに、ＯＮ信号とＯＦＦ信号との一方を送信するパルス生成部と、を備え、センタータップが直流電源の負極に接続され且つ所定接続点がチョークコイルの出力端に接続されており、又は、センタータップがチョークコイルの出力端に接続され且つ所定接続点が直流電源の負極に接続されており、容量負荷電圧が、第１所定値より小さい値である第２所定値以下の場合には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、交互に繰り返す第１モードとし、容量負荷電圧が、第２所定値より大きく、且つ、第１所定値以下の場合には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、順に繰り返す第２モードとし、容量負荷電圧が第１所定値より大きい場合には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御とを、交互に繰り返す第３モードとすることを特徴とする。

【0020】

容量負荷電圧が第１所定値以下の場合では、第１モードの制御による充電で、容量負荷電圧が上昇する。そして、容量負荷電圧をコイルの巻数比で除算した値が入力電圧より大きい場合には、チョークコイルに流れる電流が増加せず、容量負荷電圧をコイルの巻数比で除算した値が入力電圧より小さくても、チョークコイルに流れる電流の増加量が低下し、充電の速度が低下する。

【0021】

そこで、容量負荷電圧の閾値として、第１所定値より小さい第２所定値を設定する。そして、容量負荷電圧が、第２所定値より大きく、且つ、第１所定値以下の場合には、第１ＰＷＭ信号と、第２ＰＷＭ信号との位相差が、制御周期の１周期差であるとともに、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号は、第１Ｄｕｔｙ値と、第１Ｄｕｔｙ値と異なる第２Ｄｕｔｙ値が、制御周期ごとに交互に繰り返されるものであり、且つ、第１Ｄｕｔｙ値と第２Ｄｕｔｙ値の和が１未満であり、且つ、第１Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングと、第２Ｄｕｔｙ値の信号がＯＦＦからＯＮへと切り替わるタイミングとが、制御周期の１周期差である第２モードの制御を行うものとする。

【0022】

若しくは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＮとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを共にＯＦＦとする制御とを、順に繰り返す第２モードの制御を行うものとする。

【0023】

この第２モードの制御により、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＮとなる期間、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のいずれか一方がＯＮとなる期間、及び、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が共にＯＦＦとなる期間を設けることができる。

【0024】

すなわち、まず、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を同時にＯＮとし、チョークコイルに流れる電流が増加する。次に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のいずれか一方のＯＮ状態を継続し、他方をＯＦＦ状態とする。こうすることにより、入力電圧が、容量負荷電圧を巻数比により除算した値より高ければ、チョークコイルに流れる電流は増加し、入力電圧が、容量負荷電圧を巻数比により除算した値より低ければ、チョークコイルに流れる電流は減少する。この期間に、容量負荷の充電が行われる。その後、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を共にＯＦＦとし、チョークコイルに流れる電流が減少する。

【0025】

したがって、容量負荷への充電が進行し、容量負荷電圧が第２所定値以上となった場合において、チョークコイルに流れる電流を大きくすることができ、容量負荷への充電速度を向上させることができる。また、第２モードにおいても、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の両方がＯＦＦとなる期間を設けることにより、チョークコイルに流れる電流が増加し続けることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置の回路図である。

【図2】（ａ）は第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を共にＯＮとした場合の電力変換装置に流れる電流を示す図であり、（ｂ）はその等価回路である。

【図3】（ａ）は第１スイッチング素子がＯＮ、第２スイッチング素子がＯＦＦの場合の電力変換装置に流れる電流を示す図であり、（ｂ）はその等価回路である。

【図4】第１実施形態の一連の処理を示すフローチャートである。

【図5】（ａ）は第１モードでのＰＷＭ信号であり、（ｂ）は第２モードでのＰＷＭ信号であり、（ｃ）は第３モードでのＰＷＭ信号である。

【図6】第３実施形態に係る電力変換装置の回路図である。

【図7】第４実施形態における、第１モードでの第１許容最大値とＤｕｔｙ値との関係を説明する図である。

【図8】第４実施形態における、第２モードでの第２許容最大値とＤｕｔｙ値とを説明する図である。

【図9】第５実施形態における制御信号を説明する図であり、（ａ）は第１モードでの制御信号であり、（ｂ）は第２モードでの制御信号であり、（ｃ）は第３モードでの制御信号である。

【図10】第６実施形態における制御信号を説明する図であり、（ａ）は第１モードでの制御信号であり、（ｂ）は第２モードでの制御信号であり、（ｃ）は第３モードでの制御信号である。

【図11】第７実施形態に係る電力変換装置の回路図である。

【図12】第７実施形態に係る電力変換装置においてパルス生成部が実行する処理を示すブロック図である。

【図13】第７実施形態における、第２モードでのリアクトル電流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

【0028】

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、公称電圧が１２Ｖである鉛バッテリ等の二次電池と、公称電圧が数百Ｖであるリチウムイオンバッテリ等の高電圧蓄電池とを備えるハイブリッドカーに搭載される。

【0029】

図１は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータ１０と、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端に接続された直流電源である二次電池２０と、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端に並列接続された容量負荷３０（平滑コンデンサ）と、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端に設けられた接続端子４０ａ、４０ｂを含んでいる。二次電池２０に蓄積された電力はＤＣＤＣコンバータ１０により変圧され、接続端子４０ａ、４０ｂから出力される。接続端子４０ａ、４０ｂから入力された電力は、ＤＣＤＣコンバータ１０により変圧され、二次電池２０に入力される。接続端子４０ａ、４０ｂには、図示しない高電圧蓄電池、電気負荷、発電機等が接続されており、二次電池２０との間で電力の授受が可能となっている。

【0030】

ＤＣＤＣコンバータ１０は、チョークコイル１１と、トランスＴｒと、ブリッジ回路１４と、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２とを備えている。

【0031】

トランスＴｒは、互いに磁気的に結合した第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とにより構成され、第１コイルＬ１は、センタータップ１３を有している。第２コイルＬ２の巻数は、第１コイルＬ１の巻数のＮ／２倍である。すなわち、第２コイルＬ２の巻数が、第１コイルＬ１のいずれか一方の端からセンタータップ１３までの巻数のＮ倍となっている。第２コイルＬ２は、ブリッジ回路１４、及び、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端を介して、容量負荷３０に接続されている。

【0032】

ブリッジ回路１４は、スイッチング素子及びダイオードを備えており、第１コイルＬ１側から第２コイルＬ２側へ電力を供給する際には整流回路として機能し、第２コイルＬ２側から第１コイルＬ１側へ電力を供給する際にはスイッチング回路として機能する。

【0033】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２はＭＯＳＦＥＴであり、第１コイルＬ１の両端は、それぞれ、第１スイッチング素子Ｑ１のソース、第２スイッチング素子Ｑ２のソースに接続されている。一方、第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン及び第２スイッチング素子Ｑ２のドレインは、共に、所定接続点１２に接続されている。所定接続点１２には、チョークコイル１１の出力端が接続され、チョークコイル１１の入力端は、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端を介して二次電池２０の正極に接続されている。また、第１コイルＬ１のセンタータップ１３は、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端を介して、二次電池２０の負極に接続されている。なお、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、逆方向に並列接続された第１寄生ダイオードＤ１、第２寄生ダイオードＤ２を有している。

【0034】

ＤＣＤＣコンバータ１０は、入力電圧検出手段１５、容量負荷電圧検出手段１６、パルス生成部１７、駆動回路１８を備えている。入力電圧検出手段１５は、二次電池２０からチョークコイル１１へ入力される電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する。容量負荷電圧検出手段１６は、容量負荷３０の電圧である容量負荷電圧Ｖｃを検出する。

【0035】

入力電圧検出手段１５が検出した入力電圧Ｖｉｎ、及び、容量負荷電圧検出手段１６が検出した容量負荷電圧Ｖｃは、パルス生成部１７に入力される。パルス生成部１７は、入力された入力電圧Ｖｉｎ及び容量負荷電圧Ｖｃに基づいて、第１スイッチング素子Ｑ１の駆動信号である第１ＰＷＭ信号、及び、第２スイッチング素子Ｑ２の駆動信号である第２ＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１８へ送信する。

【0036】

駆動回路１８は、パルス生成部１７から受信した第１ＰＷＭ信号に基づいて第１スイッチング素子Ｑ１を駆動し、第２ＰＷＭ信号に基づいて第２スイッチング素子Ｑ２を駆動する。

【0037】

本実施形態では、二次電池２０に蓄積された電力により容量負荷３０の充電を行う。この際に、ＤＣＤＣコンバータ１０は、電流入力型プッシュプルＤＣＤＣコンバータとして機能する。充電は、車両の電源がＯＮとなった場合に、車両に搭載されているＥＣＵ内で充電開始指令が生成され、開始される。一方、充電は、高電圧蓄電池の電圧に近い電圧を目標電圧とし、容量負荷電圧Ｖｃが目標電圧となるまで行われる。なお、目標電圧は、ＥＣＵ内のメモリに記憶されている値を用いてもよいし、高電圧蓄電池の電圧の測定値に基づいて目標電圧を演算してもよい。なお、充電開始指令、及び目標電圧の値を、車両外部から取得する手段を採用することもできる。

【0038】

図２（ａ）は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２の両方をＯＮとした場合の、回路に流れる電流の経路を示している。また、図２（ｂ）は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２の両方をＯＮとした場合の、等価回路を示している。この状態では、第１コイルＬ１は短絡状態であるため、第１コイルＬ１の電圧はゼロである。したがって、チョークコイル１１には入力電圧Ｖｉｎが印加される。

【0039】

チョークコイル１１に流れる電流の単位時間あたりの増加量ΔＩ（Ａ／ｓ）は、チョークコイル１１の自己インダクタンスをＬ（Ｈ）とすると、次式（３）で表される。

【0040】

ΔＩ＝Ｖｉｎ／Ｌ…（３）
すなわち、チョークコイル電流は、直線的に増加する。なお、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２の両方をＯＮとする期間を、期間αとする。

【0041】

図３（ａ）は、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとし、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとした場合の、回路に流れる電流の経路を示している。また、図３（ｂ）は、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮであり、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦである場合の等価回路を示している。ここで、ＤＣＤＣコンバータ１０は定常状態であり、トランスＴｒの第２コイルＬ２から出力される電圧である出力電圧Ｖｏｕｔと、容量負荷電圧Ｖｃが等しくなっているものとする。この状態では、入力電圧Ｖｉｎと、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値との大小関係によって、チョークコイル１１に印加される電圧が正の値となるか、負の値となるかが決定される。チョークコイル１１に印加される電圧が正の値となれば、チョークコイル電流は増加し、負の値となれば、チョークコイル電流は減少する。なお、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦであり、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＮである場合にも、図３（ｂ）と同様の等価回路となる。なお、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２のいずれか一方をＯＮとする期間を、期間βとする。

【0042】

チョークコイル電流の単位時間あたりの増減量ΔＩ（Ａ／ｓ）は、次式（４）で表される。

【0043】

ΔＩ＝（Ｖｉｎ−Ｖｃ／Ｎ）／Ｌ…（４）
すなわち、入力電圧Ｖｉｎが、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値より大きければ、ΔＩが正の値をとるため、チョークコイル電流は増加する。一方、入力電圧Ｖｉｎが、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値より小さければ、ΔＩが負の値をとるため、チョークコイル電流は減少する。このことは、容量負荷３０への充電の開始時等、容量負荷電圧Ｖｃが小さい場合には期間βにおいても、容量負荷３０への充電が行われるのに対し、容量負荷３０への充電が進行し、容量負荷電圧Ｖｃが大きくなれば、チョークコイル電流は減少し、期間βでの充電速度が低下することを意味する。

【0044】

第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方をＯＦＦとした場合、チョークコイル１１には入力電圧Ｖｉｎとは逆極性の逆起電圧が生じ、チョークコイル電流は減少することとなる。なお、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２の両方をＯＦＦとする期間を、期間γとする。

【0045】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の制御は、制御周期の長さがＴｓである第１モード、第２モード、及び、第３モードにより制御が行われる。第１モード、第２モード、及び、第３モードでは、それぞれ、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ期間の長さ、及び、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間の長さを、制御周期の長さＴｓで除算した値であるＤｕｔｙ値が異なっている。第１モード、第２モード、及び、第３モードは、容量負荷電圧Ｖｃの値と、第１所定値Ｖ１、及び、第１所定値Ｖ１より小さい値である第２所定値Ｖ２との大小関係に基づいて、切り替えられる。

【0046】

容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２以下の場合には、第１モードで制御が行われ、容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２より大きく、且つ、第１所定値Ｖ１以下の場合には、第２モードで制御が行われ、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１より大きい場合には、第３モードで制御が行われる。

【0047】

ここで、第２所定値Ｖ２は、期間βにおいてチョークコイル１１に流れる電流が増加するように設定されている。すなわち、上式（４）で表されるΔＩが正の値となるように設定されている。一方、第１所定値Ｖ１は、期間βにおいて、チョークコイル１１に流れる電流が減少するように設定されている。すなわち、上式（４）で表されるΔＩが負の値となるように設定されている。

【0048】

このとき、パルス生成部１７が実行する一連の処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。図４のフローチャートに係る制御は、所定の制御周期で実行される。

【0049】

まず、起動要求を取得したか否かを判定する（Ｓ１０１）。この起動要求の指令信号は、例えば、上位の制御装置であるＥＣＵ等から送信される。起動要求を取得していない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、一連の制御を行わず、待機状態を継続する。

【0050】

起動要求を取得すれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、容量負荷電圧Ｖｃを取得し（Ｓ１０２）、その容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２以下であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２以下であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、第１モードでの制御を行う（Ｓ１０４）。容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２以下でなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、続いて、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１以下であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１以下であれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、第２モードで制御を行う（Ｓ１０６）。一方、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１以下でなければ（Ｓ１０５：ＮＯ）、第３モードで制御を行う（Ｓ１０７）。

【0051】

第１モード、第２モード、第３モードのいずれかの制御が所定時間行われた後、制御の終了判定を行う（Ｓ１０８）。Ｓ１０８の処理では、例えば、再度容量負荷電圧Ｖｃを取得し、その容量負荷電圧Ｖｃが所定の上限値以上となったか否かを判定すればよい。なお、容量負荷電圧Ｖｃが所定の上限値以上となったか否かの判定は、Ｓ１０５で否定的な判定がなされた後に行うものとしてもよい。制御を終了すると判定した場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、一連の処理を終了して起動要求がなされるまで待機する。制御を終了すると判定しない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、終了要求を取得したか否かを判定する（Ｓ１０９）。この終了要求の指令信号は、ＥＣＵ等の上位の制御装置から送信される。終了要求を取得すれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、一連の処理を終了して起動要求がなされるまで待機する。終了要求を取得しなければ（Ｓ１０９：ＮＯ）、Ｓ１０２以降の処理を再度実行する。

【0052】

なお、図４のフローチャートでは、容量負荷３０への充電制御に関する制御のみを示しているが、ＤＣＤＣコンバータ１０は容量負荷３０への充電制御以外の電力変換も行う。例えば、接続端子４０ａ，４０ｂを介して供給される電力を降圧し、二次電池２０への充電を行う制御が挙げられる。その制御は、周知の制御であるため、説明を省略する。

【0053】

図５（ａ）は、第１モードで制御を行う際のＰＷＭ信号を示している。第１モードでは、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号との位相差は、Ｔｓ／２差である。第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号は、共に、長さＴ１のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ−Ｔ１）のＯＦＦ期間とにより１制御周期が構成され、ＯＮ期間の長さＴ１は、Ｔｓ／２未満である。すなわち、Ｔ１／Ｔｓにより示されるＤｕｔｙ値は、０．５未満である。したがって、第１モードでは、長さがＴ１の期間βと、長さが（Ｔｓ／２−Ｔ１）の期間γが交互に繰り返されることとなる。

【0054】

第１モードでは、期間βにおいて容量負荷３０への充電が行われるとともに、チョークコイル電流が増加する。一方、期間γでは、期間βにおいて増加したチョークコイル電流が回路中で消費される。なお、ＯＮ期間の長さＴ１は、期間γにおいてチョークコイル電流がゼロとなるように設定されている。

【0055】

図５（ｂ）は、第２モードで制御を行う際のＰＷＭ信号を示している。第２モードでは、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号との位相差は、Ｔｓ差である。第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号は、共に、長さＴ２ｈのＯＮ期間から開始し、長さ（Ｔｓ−Ｔ２ｈ）のＯＦＦ期間により終了する第１制御周期と、長さＴ２ｌのＯＮ期間から開始し、長さ（Ｔｓ−Ｔ２ｌ）のＯＦＦ期間により終了する第２制御周期とが交互に繰り返される。すなわち、第１ＰＷＭ信号の長さＴ２ｈのＯＮ期間が開始されるタイミングと、第２ＰＷＭ信号の長さＴ２ｌのＯＮ期間が開始されるタイミングとは同じタイミングであり、第１ＰＷＭ信号の長さＴ２ｌのＯＮ期間が開始されるタイミングと、第２ＰＷＭ信号の長さＴ２ｈのＯＮ期間が開始されるタイミングとは同じタイミングである。さらに、第１制御周期における第１Ｄｕｔｙ値であるＴ２ｈ／Ｔｓの値と、第２制御周期における第２Ｄｕｔｙ値であるＴ２ｌ／Ｔｓとの和は、１未満である。

【0056】

したがって、第２モードでは、１制御周期の間に長さがＴ２ｌの期間α、長さが（Ｔ２ｈ−Ｔ２ｌ）の期間β、長さが（Ｔｓ−Ｔ２ｈ）の期間γの順に繰り返されることとなる。

【0057】

第２モードでは、期間αにおいて、チョークコイル電流が増加し、期間βにおいて、入力電圧Ｖｉｎと、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値との大小関係に基づいて、チョークコイル電流が増加若しくは減少する。そして、期間γにおいて、期間α及び期間βにおいて増加したチョークコイル電流、若しくは、期間βにおいゼロとならなかったチョークコイル電流が回路中で消費される。なお、ＯＮ期間の長さＴ２ｈ及びＴ２ｌは、期間γにおいてチョークコイル電流がゼロとなるように設定されている。

【0058】

図５（ｃ）は、第３モードで制御を行う際のＰＷＭ信号を示している。第３モードでは、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号との位相差は、Ｔｓ／２差である。第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号は、共に、長さＴ３のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ−Ｔ３）のＯＦＦ期間とにより、１制御周期が構成され、ＯＮ期間の長さＴ３は、制御周期の半分の長さであるＴｓ／２より大きい。すなわち、Ｔ３／Ｔｓにより示されるＤｕｔｙ値は、０．５より大きい。したがって、第３モードでは、長さが（Ｔ３−Ｔｓ／２）である期間αと、長さが（Ｔｓ−Ｔ３）である期間βとが、交互に繰り返されることとなる。

【0059】

第３モードでは、期間αにおいてチョークコイル電流が増加する。一方、期間βにおいて、チョークコイル電流が減少し、チョークコイル電流の減少に伴い、容量負荷３０への充電が行われる。なお、ＯＮ期間の長さＴ３は、期間αにおけるチョークコイル電流の増加量と、期間βにおけるチョークコイル電流の減少量が等しくなるように設定されている。

【0060】

第３モードにおけるＤｕｔｙ値であり、０．５より大きい値であるＤｕｔｙ３は、容量負荷３０への充電の進行に伴って変更される。また、Ｄｕｔｙ３は、第２モードから第３モードへと切り替わった際には、０．５より大きい初期値であるＤｕｔｙ０に設定される。

【0061】

第３モードでは、期間αにおける電流の増加量と、期間βにおける電流の減少量が等しくなる。したがって、上式（３）で表される、期間αにおける単位時間当たりの電流の増加量に、期間αの長さ（Ｔ３−Ｔｓ／２）を乗算した値と、上式（４）で表される、期間βにおける単位時間当たりの電流の増加量に、期間βの長さ（Ｔｓ−Ｔ３）を乗算した値との合計値はゼロとなるため、次式（５）が得られる。なお、この場合においては、容量負荷電圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏｕｔが異なる場合を想定するため、上式（４）において、容量負荷電圧Ｖｃを出力電圧Ｖｏｕｔへと置換している。

【0062】

（Ｔ３−Ｔｓ／２）×Ｖｉｎ＋（Ｔｓ−Ｔ３）×（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ／Ｎ）＝０…（５）
ここで、第３モードにおける、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ３を用いて、上式（５）を変形すると、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔは、次式（６）で表される。

【0063】

Ｖｏｕｔ＝Ｎ×Ｖｉｎ／（２×（１−Ｄｕｔｙ３））…（６）
ここで、第２モードから第３モードへと切り替わった場合、出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの間に乖離が生じていた場合、回路が抵抗の無い理想的な回路であると仮定すると、大きさが無限大の突入電流が生じることとなる。また、回路が理想的な回路でなくても、突入電流が生じるおそれがある。

【0064】

そこで、第２モードから第３モードへと切り替わる条件である第１所定値Ｖ１について、第２モードから第３モードへと切り替わった際に、容量負荷電圧Ｖｃの閾値である第１所定値Ｖ１と出力電圧Ｖｏｕｔが等しくなるように、上述したＤｕｔｙ０を用いて次式（１）により設定する。

【0065】

Ｖ１＝Ｎ×Ｖｉｎ／（２×（１−Ｄｕｔｙ０））…（１）
すなわち、第２モードから第３モードへと切り替わる際の容量負荷電圧Ｖｃの値である第１所定値Ｖ１と、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔが等しくなるようにする。

【0066】

ここで、上述したように、第３モードにおけるＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ３の値は、容量負荷３０の充電の進行に伴って変更される。そのため、Ｄｕｔｙ３の値の変更に伴い、出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの間に乖離が生じた場合、回路が抵抗の無い理想的な回路であると仮定すると、大きさが無限大の突入電流が生じることとなる。また、回路が理想的な回路でなくても、突入電流が生じるおそれがある。そのため、上式（６）について、式を変形し、出力電圧Ｖｏｕｔを容量負荷電圧Ｖｃへと置換する。そして、得られた次式（２）によりＤｕｔｙ３の値を設定する。

【0067】

Ｄｕｔｙ３＝１−Ｎ×Ｖｉｎ／（２×Ｖｃ）…（２）
すなわち、容量負荷電圧ＶｃとトランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔが等しくなるようにＤｕｔｙ３を設定する。

【0068】

なお、容量負荷電圧Ｖｃの初期値及び目標値によっては、第１〜第３モードのすべてが行われるわけではない。すなわち、容量負荷電圧Ｖｃの初期値が第２所定値Ｖ２以下であり、且つ、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が第１所定値Ｖ１より大きい場合にのみ、第１〜第３モードにより、充電が行われる。一方、容量負荷電圧Ｖｃの初期値が第２所定値Ｖ２以下でない場合、及び／又は、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が第１所定値Ｖ１以下の場合には、以下の制御が行われる。

【0069】

・容量負荷電圧Ｖｃの目標値が、第２所定値Ｖ２以下である場合には、第１モードで充電を開始し、第２モード及び第３モードへ移行せず、第１モードで充電を終了する。

【0070】

・容量負荷電圧Ｖｃの初期値が、第２所定値以下であり、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が、第２所定値Ｖ２より大きく、第１所定値Ｖ１以下である場合には、第１モードで充電を開始し、第３モードへ移行せず、第２モードで充電を終了する。

【0071】

・容量負荷電圧Ｖｃの初期値が、第２所定値Ｖ２より大きく、第１所定値Ｖ１以下であり、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が、第２所定値Ｖ２より大きく、第１所定値Ｖ１以下である場合には、第１モードを経ず、第２モードで充電を開始し、第３モードへ移行せず、第２モードで充電を終了する。

【0072】

・容量負荷電圧Ｖｃの初期値が、第２所定値Ｖ２より大きく、第１所定値Ｖ１以下であり、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が、第１所定値Ｖ１より大きい場合には、第１モードを経ず、第２モードで充電を開始し、第３モードで充電を終了する。

【0073】

・容量負荷電圧Ｖｃの初期値が、第１所定値Ｖ１より大きい値である場合には、第１モード及び第２モードを経ず、第３モードで充電を開始し、第３モードで充電を終了する。

【0074】

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

【0075】

・容量負荷３０への充電の開始時等、容量負荷電圧Ｖｃが小さい場合において、第１モードの制御を行うことにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のいずれか一方がＯＦＦである期間βと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＦＦである期間γとを設けている。そのため、期間βにおいて増加したチョークコイル１１の電流を、期間γで減少させることができる。よって、チョークコイル１１に流れる電流が増加し続けることを防ぐことができ、ひいては、ＤＣＤＣコンバータ１０の劣化及び故障を抑制することができる。

【0076】

・容量負荷電圧Ｖｃが第２所定値Ｖ２より大きくなった場合において、第２モードの制御を行うことにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＮである期間αと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のいずれか一方がＯＦＦである期間βと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＦＦである期間γとを設けている。そのため、期間αでチョークコイル１１に流れる電流を大きくすることができ、容量負荷３０への充電速度を向上させることができる。また、期間γでチョークコイル１１の電流を減少させることができる。よって、チョークコイル１１に流れる電流が増加し続けることを防ぐことができ、ひいては、ＤＣＤＣコンバータ１０の劣化及び故障を抑制することができる。

【0077】

・容量負荷３０への充電が進行した場合等、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１より大きくなった場合には、第３モードの制御を行うことにより、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＮである期間αと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のいずれか一方がＯＮである期間βを設けている。したがって、期間αにおいてチョークコイル１１に流れる電流を増加させることができ、期間βにおいて、チョークコイル１１に流れる電流を減少させることにより、充電が進行した容量負荷３０への充電を迅速に行うことができる。

【0078】

・容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１を超えた際に、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとに差が生じていた場合、回路が抵抗値を有しない理想的な回路であると仮定すると、突入電流が生じるおそれがあり、これにより回路の破壊につながる可能性が高まる。本実施形態では、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１を超えた際に、出力電圧Ｖｏｕｔが容量負荷電圧Ｖｃと等しくなるように第１所定値Ｖ１を設定しているため、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの間に電位差が生じず、それにより、突入電流の発生を抑制することができる。

【0079】

・第３モードで制御を行う場合に、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとに差が生じていた場合、回路が抵抗値を有しない理想的な回路であると仮定すると、突入電流が生じるおそれがあり、これにより回路の破壊につながる可能性が高まる。本実施形態では、第３モードで制御を行う場合に、出力電圧Ｖｏｕｔが容量負荷電圧Ｖｃと等しくなるようにＤｕｔｙ３を設定しているため、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの間に電位差が生じず、それにより、突入電流の発生を抑制することができる。

【0080】

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置と同様の回路であり、その制御方法が異なっている。本実施形態に係る電力変換装置では、第２モードでの制御を実施せず、第１モードで容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１となるまで充電を行い、容量負荷電圧Ｖｃが第１所定値Ｖ１より大きくなれば、第３モードで充電を行う。ここで、第１所定値Ｖ１、及び、第３モードにおけるＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ３の値は、第１実施形態と同様に設定される。

【0081】

なお、容量負荷電圧Ｖｃの初期値及び目標値によっては、第１モード及び第３モードが共に行われるわけではない。すなわち、容量負荷電圧Ｖｃの初期値が第１所定値Ｖ１以下であり、且つ、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が第１所定値Ｖ１より大きい場合にのみ、第１モード及び第３モードにより、充電が行われる。一方、容量負荷電圧Ｖｃの初期値が第１所定値Ｖ１より大きい場合、又は、容量負荷電圧Ｖｃの目標値が第１所定値Ｖ１以下の場合には、以下の制御が行われる。

【0082】

・容量負荷電圧Ｖｃの初期値が、第１所定値Ｖ１より大きい値である場合には、第１モードを経ず、第３モードで充電を開始し、第３モードで充電を終了する。

【0083】

・容量負荷電圧Ｖｃの目標値が、第１所定値Ｖ１以下であった場合には、第１モードで充電を開始し、第３モードへ移行せず、第１モードで充電を終了する。

【0084】

上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置に準じた効果を奏する。

【0085】

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係る電力変換装置の回路図を示している。本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置と同様に、ＤＣＤＣコンバータ１０と、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端に接続された直流電源である二次電池２０と、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端に並列接続された容量負荷３０（平滑コンデンサ）と、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端に設けられた接続端子４０ａ、４０ｂとを含んでいる。

【0086】

ＤＣＤＣコンバータ１０は、チョークコイル１１と、トランスＴｒと、ブリッジ回路１４と、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２とを備えている。

【0087】

トランスＴｒは、互いに磁気的に結合した第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とにより構成され、第１コイルＬ１は、センタータップ１３を有している。第２コイルＬ２は、ブリッジ回路１４、及び、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力端を介して、容量負荷３０に接続されている。

【0088】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２はＭＯＳＦＥＴであり、第１コイルＬ１の両端は、それぞれ、第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン、第２スイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。一方、第１スイッチング素子Ｑ１のソース及び第２スイッチング素子Ｑ２のソースは、共に、所定接続点１２に接続されている。また、所定接続点１２は、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端を介して、二次電池２０の負極に接続されている。チョークコイル１１の入力端は、ＤＣＤＣコンバータ１０の入力端を介して二次電池２０の正極に接続され、チョークコイル１１の出力端は、センタータップ１３に接続されている。なお、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、逆方向に並列接続された第１寄生ダイオードＤ１、第２寄生ダイオードＤ２を有している。

【0089】

本実施形態に係る電力変換装置では、第１実施形態に係る電力変換装置の制御と同様の制御、又は、第２実施形態に係る電力変換装置の制御と同様の制御が行われる。そして、第１実施形態に係る電力変換装置と同様の効果、又は、第２実施形態に係る電力変換装置と同様の効果を奏する。

【0090】

＜第４実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態又は第３実施形態に係る電力変換装置と同様の回路を用いており、第１モードにおけるＤｕｔｙ値の設定方法と、第２モードにおけるＤｕｔｙ値の設定方法とをより具体化している。本実施形態では、チョークコイル電流について、ＤＣＤＣコンバータ１０の劣化等のおそれが少なく許容することができる最大値として、第１モードについて第１許容最大値Ｉｍａｘ１を設けており、第２モードについて第２許容最大値Ｉｍａｘ２を設けている。この第１許容最大値Ｉｍａｘ１及び第２許容最大値Ｉｍａｘ２は、図示しないメモリ等に記憶されている。

【0091】

図７は、第１モードにおけるＤｕｔｙ値と第１許容最大値Ｉｍａｘ１との関係を示している。上式（４）で表される期間βにおける単位時間当たりの電流の増加量ΔＩに、期間βの長さＴ１、すなわち、制御周期であるＴｓとＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ１との積を乗算した値が、第１許容最大値Ｉｍａｘ１となるように、次式（７）によりＤｕｔｙ１を設定する。なお、このとき、期間βにおいて、入力電圧Ｖｉｎ、容量負荷電圧Ｖｃ、及び、チョークコイルの自己インダクタンスであるＬは、一定であると見なしている。

【0092】

Ｄｕｔｙ１＝Ｉｍａｘ１×Ｌ／｛Ｔｓ（Ｖｉｎ−Ｖｃ／Ｎ）｝…（７）
したがって、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とのいずれか一方をＯＮとした後、期間βの長さＴ１経過後に、チョークコイル電流が第１許容最大値Ｉｍａｘ１となる。

【0093】

図８は、第２モードにおけるＤｕｔｙ値と第２許容最大値Ｉｍａｘ２とを示している。第２モードでは、期間αにおけるチョークコイル電流の増加量と、期間βにおけるチョークコイル電流の増加量との合計が、第２許容最大値Ｉｍａｘ２となるように、期間αにおけるＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ２ｌと、期間αと期間βとの合算値に対応するＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ２ｈとを設定する。

【0094】

期間αにおけるチョークコイル電流の増加量は、上式（３）で表される期間αにおける単位時間当たりの電流の増加量ΔＩに、期間αの長さＴ２ｌを乗算した値となる。このとき、期間αの長さＴ２ｌは、制御周期であるＴｓとＤｕｔｙ値であるＤｕｔｙ２ｌとの積として表される。そのため、期間αにおけるチョークコイル電流の増加量が第２許容最大値Ｉｍａｘ２よりも小さくなるように、Ｄｕｔｙ２ｌを次式（８）により設定する。

【0095】

Ｄｕｔｙ２ｌ＜Ｉｍａｘ２×Ｌ／（Ｔｓ×Ｖｉｎ）…（８）
一方、期間βにおけるチョークコイル電流の増加量は、上式（４）で表される期間βにおける単位時間当たりの電流の増加量ΔＩに、期間βの長さ（Ｔ２ｈ−Ｔ２ｌ）を乗算した値となる。このとき、期間βの長さＴ２ｈは、制御周期であるＴｓと、Ｄｕｔｙ値の差分（Ｄｕｔｙ２ｈ−Ｄｕｔｙ２ｌ）との積として表される。そして、期間αにおけるチョークコイル電流の増加量と、期間βにおけるチョークコイル電流の増加量との合計値が、第２許容最大値Ｉｍａｘ２となるように、次式（９）により、Ｄｕｔｙ２ｈを設定する。このとき、上式（８）で設定したＤｕｔｙ２ｌを用いる。なお、期間α及び期間βにおいて、入力電圧Ｖｉｎ、容量負荷電圧Ｖｃ、及び、チョークコイルの自己インダクタンスであるＬは、一定であると見なしている。

【0096】

Ｄｕｔｙ２ｈ＝（Ｉｍａｘ２×Ｌ−Ｖｃ×Ｄｕｔｙ２ｌ×Ｔｓ／Ｎ）／｛Ｔｓ（Ｖｉｎ−Ｖｃ）／Ｎ｝…（９）
したがって、第２モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＮとした後、期間αと期間βとの合計の長さＴ２ｈ経過後に、チョークコイル電流が第２許容最大値Ｉｍａｘ２となる。

【0097】

なお、第１許容最大値Ｉｍａｘ１と第２許容最大値Ｉｍａｘ２とは、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。また、本実施形態を、第２実施形態に係る電力変換装置に適用した場合には、第１モードの制御について、上述したＤｕｔｙ１の設定を行えばよい。

【0098】

本実施形態に係る電力変換装置は、上記構成により、第１〜３実施形態に係る電力変換装置が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

【0099】

・第１モード、第２モードのそれぞれにおいて、チョークコイル電流が第１許容最大値Ｉｍａｘ１、第２許容最大値Ｉｍａｘ２を超えないように、Ｄｕｔｙ値であるＤｕｔｙ１、Ｄｕｔｙ２ｌ、Ｄｕｔｙ２ｈを設定している。ゆえに、チョークコイル電流が過剰に増加することがなく、ＤＣＤＣコンバータ１０の劣化や故障を抑制することができる。

【0100】

＜第５実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態又は第３実施形態に係る電力変換装置と同様の回路を用いており、その制御方法が異なっている。本実施形態に係る電力変換装置では、第１実施形態と同様に第１〜第３モードの制御を行うものの、各モードにおける制御信号が異なっている。

【0101】

図９（ａ）は、本実施形態における第１モードの制御信号を示している。第１モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とのそれぞれに、制御周期Ｔｓが共通しており、互いに制御周期Ｔｓの半周期の位相差をもつ制御信号を送信する。なお、制御信号は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のそれぞれに対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との一方を指示する、ＯＮ信号とＯＦＦ信号の一方である。

【0102】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の制御信号は、それぞれ、制御周期Ｔｓの半周期において、長さＴ１（＜Ｔｓ／４）のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ／４−Ｔ１）のＯＦＦ期間とが交互に２回ずつ繰り返される。続く半周期（第１所定期間）では、ＯＦＦ状態が継続される。

【0103】

すなわち、第１モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方のＯＦＦ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮであり、他方がＯＦＦである期間βと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方がＯＦＦである期間γとが、交互に繰り返されるものとすることができる。

【0104】

図９（ｂ）は、本実施形態における第２モードの制御信号を示している。第２モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とのそれぞれに、制御周期Ｔｓが共通しており、互いに制御周期Ｔｓの半周期の位相差をもつ制御信号を送信する。

【0105】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の制御信号は、それぞれ、制御周期Ｔｓの半周期において、長さＴ２ｈ（＜Ｔｓ／４）のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ／４−Ｔ２ｈ）のＯＦＦ期間とが交互に２回ずつ繰り返される。続く半周期（第１所定期間）では、長さＴ２ｌ（＜Ｔｓ／４）のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ／４−Ｔ２ｌ）のＯＦＦ期間とが交互に２回ずつ繰り返される。このとき、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の制御信号のそれぞれにおいて、長さＴ２ｈのＯＮ期間が開始されるタイミングと、長さＴ２ｌのＯＮ期間が開始されるタイミングとは、互いにＴｓ／２周期ずれている。したがって、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ期間が開始されるタイミングと、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間が開始されるタイミングとは、一致する。

【0106】

こうすることにより、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方がＯＮである期間αと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮであり、他方がＯＦＦである期間βと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方がＯＦＦである期間γとが、順に繰り返されるものとすることができる。

【0107】

図９（ｃ）は、本実施形態における第３モードの制御信号を示している。第３モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とのそれぞれに、制御周期Ｔｓが共通しており、互いに制御周期Ｔｓの半周期の位相差をもつ制御信号を送信する。

【0108】

第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の制御信号は、それぞれ、制御周期Ｔｓの半周期において、長さＴ３’（＜Ｔｓ／４）のＯＮ期間と、長さ（Ｔｓ／４−Ｔ３’）のＯＦＦ期間とが交互に２回ずつ繰り返される。続く半周期（第１所定期間）では、ＯＦＦ状態が継続される。

【0109】

すなわち、第３モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方のＯＮ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＮである期間αと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮであり、他方がＯＦＦである期間βとが、交互に繰り返されるものとすることができる。

【0110】

なお、第１〜第３モードにおいて、１／２制御周期において、ＯＮ期間をそれぞれ２回ずつ設けるものとしているが、３回以上設けるものとしてもよい。

【0111】

加えて、第１〜第３モードにおける第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間の長さは、第１実施形態と同様に設定すればよい。また、第１モード及び第２モードにおける第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間の長さは、第４実施形態と同様に設定してもよい。

【0112】

また、第２実施形態のごとく、第１、第３モードの制御のみを実施し、第２モードを実施しないものとしてもよい。

【0113】

上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、上記各実施形態に準ずる効果を奏する。

【0114】

＜第６実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態又は第３実施形態に係る電力変換装置と同様の回路を用いており、その制御方法が異なっている。本実施形態に係る電力変換装置では、第１実施形態と同様に第１〜第３モードの制御を行うものの、各モードにおける制御信号が異なっている。

【0115】

図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施形態における第１〜第３モードの制御信号を示している。

【0116】

図１０（ａ）に示すように、第１モードでは、ｔ０〜ｔ２の所定期間（第１所定期間）において、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す。また、ｔ１〜ｔ４の所定期間（第１所定期間）は、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＦＦ状態を継続し、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す。さらに、ｔ３〜ｔ５の所定期間（第１所定期間）は、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す。

【0117】

このとき、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＦＦ状態を継続する所定期間と、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＦＦ状態を継続する所定期間とは、同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＦＦ状態を継続する所定期間のそれぞれについても、同じ長さであっても、異なる長さであってもよい。第２スイッチング素子Ｑ２についても同様である。加えて、一方をＯＦＦ状態としている間における、他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す回数は、何回でもよく、また、それぞれは、同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。例えば、図１０（ａ）におけるｔ０〜ｔ２の所定期間（第１所定期間）に、第１スイッチング素子Ｑ１を１回ないし２回ＯＮ状態としてもよく、ｔ１〜ｔ４の所定期間（第１所定期間）に、第２スイッチング素子Ｑ２を複数回ＯＮ状態としてもよい。

【0118】

すなわち、第１モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方のＯＦＦ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮであり、他方がＯＦＦである期間βと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方がＯＦＦである期間γとが、交互に繰り返されるものとすることができる。

【0119】

図１０（ｂ）に示すように、第２モードでは、ｔ０において第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＮとし、ｔ１において、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとし、ｔ２において、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとする。このＯＦＦ期間はｔ３まで継続される。したがって、ｔ０〜ｔ１は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＮである期間αとなり、ｔ１〜ｔ２は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方のみがＯＮである期間βとなり、ｔ２〜ｔ３は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＦＦである期間γとなる。同様に、ｔ３において第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＮとし、ｔ４において、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとし、ｔ５において、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとする。このＯＦＦ期間はｔ６まで継続される。

【0120】

続いて、ｔ６において第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＮとし、ｔ７において、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとし、ｔ８において、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとする。ゆえに、Ｔ７〜ｔ８の期間βでは、ＯＮ状態であるスイッチング素子が、ｔ１〜ｔ２の期間β及びｔ４〜ｔ５の期間βと、異なっている。

【0121】

なお、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の一方を、常に先にＯＦＦとする制御をおこなってもよい。

【0122】

すなわち、第２モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＮとする制御と、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする制御と、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＮとする制御とが、順に繰り返されるものとすることができる。

【0123】

図１０（ｃ）に示すように、第３モードでは、ｔ０〜ｔ２の所定期間（第２所定期間）において、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す。また、ｔ１以後の所定期間（第２所定期間）は、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態を継続し、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す。

【0124】

このとき、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態を継続する所定期間と、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ状態を継続する所定期間とは、同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ状態を継続する所定期間のそれぞれについても、同じ長さであっても、異なる長さであってもよい。第２スイッチング素子Ｑ２についても同様である。加えて、一方をＯＮ状態としている間における、他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す回数は、何回でもよく、また、それぞれは、同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。例えば、図１０（ｃ）におけるｔ０〜ｔ２の所定期間（第２所定期間）に、第１スイッチング素子Ｑ１を１回のみ、もしくは３回以上ＯＮ状態としてもよく、ｔ１以後の所定期間（第１所定期間）に、第２スイッチング素子Ｑ２を１回のみ、もしくは３回以上ＯＮ状態としてもよい。

【0125】

すなわち、第３モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方のＯＮ状態を継続し、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の他方のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを交互に繰り返す制御を行う。こうすることにより、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の両方がＯＮである期間αと、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮであり、他方がＯＦＦである期間βとが、交互に繰り返されるものとすることができる。

【0126】

本実施形態での、第１モード及び第２モードにおける第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間は、上記第４実施形態のごとく、チョークコイル電流が第１許容最大値Ｉｍａｘ１及び第２許容最大値Ｉｍａｘ２を超えないように設定してもよい。また、第３モードにおける第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間は、上記第１実施形態のごとく設定してもよい。

【0127】

なお、図１０（ａ）〜（ｃ）で示した制御信号は一例に過ぎず、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の制御は、第１〜第３モードが実行できればよい。

【0128】

加えて、本実施形態では、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２について、それぞれのＯＮ時間の累積値を算出するタイマをさらに備えている。そして、所定期間（第３所定期間）において、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ時間の累積値と、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ時間の累積値が等しくなるように、制御を行う。こうすることにより、ＤＣＤＣコンバータ１０の偏磁を防ぐことができるとともに、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の損失及び発熱を均等化することができる。

【0129】

このとき、第１〜第３モードのそれぞれにおいて、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ時間の累積値と、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ時間の累積値とが等しくなるようにしてもよい。また、所定期間（第３所定期間）が複数のモードに亘ってもよい。この場合には、例えば、第１モードにおいて、一方のＯＮ時間の累積値と他方のＯＮ時間の累積値との間に差が生じていれば、第２モードや第３モードにおいて、その差を埋めるように制御を行えばよい。

【0130】

また、容量負荷３０への充電が終了した時点で、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ時間の累積値と、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ時間の累積値との間に差が生じていれば、次回の充電の際に、その差を埋めるように制御を行えばよい。

【0131】

なお、第１スイッチング素子Ｑ１の累積ＯＮ時間と第２スイッチング素子Ｑ２の累積ＯＮ時間とが等しくなるように制御を行うものの、「等しくなる」という概念は、完全に一致することのみを意味するわけではなく、所定の誤差を許容する。

【0132】

上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、上記各実施形態に準ずる効果を奏する。

【0133】

＜第７実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置と回路構成が一部異なっており、且つ、パルス生成部１７が実行する処理が異なっている。図１１に本実施形態に係る電力変換装置の回路図を示す。

【0134】

電力変換装置は、電流検出手段１９をさらに備えている。この電流検出手段１９は、チョークコイル１１に流れる電流であるリアクトル電流ＩＬを検出し、パルス生成部１７に入力する。なお、その他の構成は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、電力変換装置を、図６で示した第３実施形態に係る回路構成に準ずるものとしてもよい。

【0135】

続いて、本実施形態に係るパルス生成部１７が実行する処理について、図１２を用いて説明する。

【0136】

定電流制御部５０では、第１モードにおけるリアクトル電流ＩＬの指令値である第１指令値Ｉｒｅｆ１と、第２モードにおけるリアクトル電流ＩＬの指令値である第２指令値Ｉｒｅｆ２と、第３モードにおけるリアクトル電流ＩＬの指令値である第３指令値Ｉｒｅｆ３とを、メモリから読み出して制御に用いる。

【0137】

第１指令値Ｉｒｅｆ１は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方がＯＮである状態から、共にＯＦＦである状態へと遷移した場合に、第１指令値Ｉｒｅｆ１の値に基づいて発生するアバランシェ電流が過剰とならないように、設定されている。この第１指令値Ｉｒｅｆ１は、そのまま、定電流制御部５０から出力される。

【0138】

第２指令値Ｉｒｅｆ２は第１指令値Ｉｒｅｆ１と同じ値でもよく、異なる値でもよい。すなわち、アバランシェ電流が過剰なものとならないように、第２指令値Ｉｒｅｆ２が設定されている。

【0139】

一方、電流補正部５１には、入力電圧Ｖｉｎ及び容量負荷電圧Ｖｃが入力され、第２指令値Ｉｒｅｆ２に加算する補正値を出力する。この補正値は、加算部５２において第２指令値Ｉｒｅｆ２に加算され、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’を出力する。なお、入力電圧Ｖｉｎ及び容量負荷電圧Ｖｃと、第２指令値Ｉｒｅｆ２に加算する補正値との関係は、演算により求めてもよく、記憶されたテーブルに基づいて得るものとしてもよい。

【0140】

この第２指令値Ｉｒｅｆ２に基づいて制御される第２モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１のＤｕｔｙ値は５０％に固定し、第２スイッチング素子Ｑ２のＤｕｔｙ値を変更している。具体的には、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２がＯＮである期間αにおいて、リアクトル電流ＩＬが補正された第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’となり、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮであり、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦである期間βにおいてリアクトル電流ＩＬが第２指令値Ｉｒｅｆ２となるように、第２スイッチング素子Ｑ２のＤｕｔｙ値を変更している。

【0141】

第２指令値Ｉｒｅｆ２と第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’との関係について、図１３（ａ）〜（ｃ）を用いて詳述する。

【0142】

図１３（ａ）は、入力電圧Ｖｉｎが、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値よりも大きい場合のリアクトル電流ＩＬを示している。この場合では、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮであり、第２スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦである期間βにおいて、リアクトル電流ＩＬが増加する。そのため、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとするタイミングでのリアクトル電流ＩＬを第２指令値Ｉｒｅｆ２とした場合、リアクトル電流ＩＬが過剰となるおそれがある。そこで、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとするタイミングにおいて、リアクトル電流ＩＬが第２指令値Ｉｒｅｆ２となるように、期間αに相当する第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間を設定する。

【0143】

図１３（ｂ）は、入力電圧Ｖｉｎが、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値と等しい場合の、リアクトル電流ＩＬを示している。この場合では、期間βにおいて、リアクトル電流ＩＬは増減しない。このため、第２指令値Ｉｒｅｆ２と第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’とは等しい値となる。

【0144】

図１３（ｃ）は、入力電圧Ｖｉｎが、容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値よりも小さい場合のリアクトル電流ＩＬを示している。この場合では、期間βにおいて、リアクトル電流ＩＬは減少する。そのため、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとするタイミングでのリアクトル電流ＩＬを第２指令値Ｉｒｅｆ２とした場合、期間βでのリアクトル電流ＩＬの減量に伴い、充電時間が増加することとなる。そこで、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとするタイミングにおいて第２指令値Ｉｒｅｆ２となるように、期間αに相当する第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間を設定する。

【0145】

第３指令値Ｉｒｅｆ３は、フィードバック制御部５３に入力される。この第３指令値Ｉｒｅｆ３は、第１指令値Ｉｒｅｆ１及び第２指令値Ｉｒｅｆ２よりも十分に大きい値としている。フィードバック制御部５３は、加えて、リアクトル電流ＩＬの実電流である平均値ＩＬ＿ａｖｅを取得する。この平均値ＩＬ＿ａｖｅは、電流検出手段１９により検出されたリアクトル電流ＩＬを所定期間蓄積し、その値を平均化したものである。第３指令値Ｉｒｅｆ３と平均値ＩＬ＿ａｖｅは加算部５４に入力され、加算部５４は、第３指令値Ｉｒｅｆ３と平均値ＩＬ＿ａｖｅの差分をとる。この差分はＰＩ制御器５５に入力され、リミッタ５６へ入力される。このリミッタ５６では、ＰＩ制御器５５の出力値が上限値よりも大きければ、その出力値を上限値に制限する。リミッタ５６からの出力値は、加算器５７において第３指令値Ｉｒｅｆ３に加算され、フィードバック制御部５３から出力される。

【0146】

一方、電流補正部５８には、入力電圧Ｖｉｎ及び容量負荷電圧Ｖｃが入力され、第３指令値Ｉｒｅｆ３の補正値を出力する。この補正値は、加算部５９において第３指令値Ｉｒｅｆ３に加算され、第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’を出力する。これは、第２モードと同様に、第１スイッチング素子Ｑ１がＯＮであり第２スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦである期間βでは、入力電圧Ｖｉｎ及び容量負荷電圧Ｖｃにより、リアクトル電流ＩＬの減少量が変化するため、この減少量を考慮した補正値を加算する必要があるためである。加えて、後述するスロープ補償部７３により生ずる、第３指令値Ｉｒｅｆ３と平均値ＩＬ＿ａｖｅとの乖離を補正する必要もあるためである。

【0147】

定電流制御部５０から出力された第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、及び第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’は、モード選択部６０に入力される。モード選択部６０には、さらに、容量負荷電圧Ｖｃも入力され、その容量負荷電圧Ｖｃと、第１所定値Ｖ１及び第２所定値Ｖ２とを比較し、第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、及び第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’のいずれを出力するかを決定して出力する。

【0148】

モード選択部６０から出力された第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、及び第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’のいずれかは、ピーク電流制御部７０に入力される。これら第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、及び第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’のいずれかは、ＤＡ変換器７１においてアナログ値に変換され、コンパレータ７２のマイナス端子に入力される。

【0149】

一方、ピーク電流制御部７０のスロープ補償部７３は、レジスタの値により得られるスロープ信号を生成し、ＤＡ変換器７４に入力する。このスロープ信号は、各制御周期において０Ａから直線的に単調増加する鋸歯状波の信号である。そして、ＤＡ変換器７４によりアナログ波形とされたスロープ信号とリアクトル電流ＩＬとを、加算部７５において加算して、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。なお、スロープ補償部７３は、直接アナログ波形を生成し、ＤＡ変換器７４を介さずコンパレータ７２に入力するものとしてもよい。

【0150】

このスロープ補償部７３は、第１モード及び第２モードでは、スロープ信号の値をゼロとし、第３モードでは、上述した鋸歯状波のスロープ信号を出力するものとしている。これは、第１モード及び第２モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＦＦとするタイミングにおいて、リアクトル電流ＩＬがゼロとなり、その結果として低調波発振現象が発生しないためである。

【0151】

コンパレータ７２は、マイナス端子に入力された、第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’のいずれかと、プラス端子に入力された、リアクトル電流ＩＬにスロープ信号が加算された値との比較を行う。そして、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも小さい期間において、ハイ状態の信号をＲＳフリップフロップ７７のＳ端子に入力し、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも大きい期間において、ロー状態の信号をＲＳフリップフロップ７７のＳ端子に入力する。また、ＲＳフリップフロップ７７のＲ端子には、クロック７６からクロック信号が入力される。

【0152】

ＲＳフリップフロップ７７は、第１モードにおいて、入力された信号がハイ状態の信号であれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする信号を送信する。一方、第１モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号であれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＦＦとする信号を出力する。

【0153】

ＲＳフリップフロップ７７は、第２モードにおいて、入力された信号がハイ状態の信号であれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＮとする信号を送信する。一方、第２モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号であれば、制御周期の半周期まで、すなわち、Ｄｕｔｙ値が５０％となるまでは、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとし、第２スイッチング素子Ｑ２をＯＦＦとする信号を出力する。そしてＤｕｔｙ値が５０％を超えれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＦＦとする信号を出力する。なお、入力された信号がロー状態の信号である場合において、Ｄｕｔｙ値が５０％となるまで第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとする制御を、Ｄｕｔｙ制限部７８により処理により行ってもよい。

【0154】

ＲＳフリップフロップ７７は、第３モードにおいて、入力された信号がハイ状態の信号であれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを共にＯＮとする信号を送信する。一方、第３モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号であれば、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする信号を出力する。

【0155】

ＲＳフリップフロップ７７の出力は、Ｄｕｔｙ制限部７８によってＤｕｔｙ値の上限値及び下限値を設定された上で、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路１８に出力される。具体的には、第１モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１のＯＮ期間と第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間とが重ならないように、それぞれのＤｕｔｙ値の上限値を５０％以下とする。第２モードでは、上述したとおり、第１スイッチング素子Ｑ１のＤｕｔｙ値を５０％としている。このため、第２モードでは、第２スイッチング素子Ｑ２のＤｕｔｙ値が第１スイッチング素子Ｑ１のＤｕｔｙ値よりも大きくならないように、上限値を設定する。第３モードでは、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間とが重なる期間が生ずるように、Ｄｕｔｙ値の下限値を５０％よりも大きい値とする。

【0156】

上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態に係る電力変換装置が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

【0157】

・ピーク電流制御部７０において、定電流制御部５０から入力された第１指令値Ｉｒｅｆ１、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’、及び第３補正指令値Ｉｒｅｆ３’を用いて定電流制御を行っている。これにより、入力電圧Ｖｉｎに変化が生じた場合等において、過電流に対するロバスト性を向上させることができる。

【0158】

・第２モードにおいて、一方のスイッチング素子のＤｕｔｙ値を固定し、ピーク電流制御を、他方のスイッチング素子のＯＮ期間を変更することにより行っている。そのため、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のＤｕｔｙ値を共に変更する場合と比べて制御を簡略化することができる。ひいては、過電流に対するロバスト性を向上させることができる。

【0159】

・第２モードにおいて、固定したＤｕｔｙ値を５０％以下としているため、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２が共にＯＦＦである期間γを十分に長くとることができる。ゆえに、期間γにおいて、トランスＴｒに流れる励磁電流を十分に減少させることができ、トランスＴｒの偏磁、飽和を抑制することができる。

【0160】

・第１モードの第１指令値Ｉｒｅｆ１、及び、第２モードの第２指令値Ｉｒｅｆ２と、第３モードの第３指令値Ｉｒｅｆ３とを、乖離した値としている。これにより、第１モード及び第２モードでは、リアクトル電流ＩＬが過剰とならない。ゆえに、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を共にＯＦＦとした場合に、リアクトル電流ＩＬに基づいて生ずるアバランシェ電流が過度に大きくならず、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の故障及び劣化を抑制することができる。加えて、第３モードでは第３指令値Ｉｒｅｆ３をより大きな値とすることにより、充電時間を短縮することができる。

【0161】

・第２モードの定電流制御において、容量負荷電圧Ｖｃと入力電圧Ｖｉｎとを用いて第２指令値Ｉｒｅｆ２を補正し、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’を得ている。そして、この第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’により、第２スイッチング素子Ｑ２のＯＮ期間を定めている。これにより、入力電圧Ｖｉｎが容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値よりも大きい場合には、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’は第２指令値Ｉｒｅｆ２よりも小さくなり、期間βにおいてリアクトル電流ＩＬが増加した後、第２指令値Ｉｒｅｆ２となる。そのため、アバランシェ電流が過剰に大きくなる事態を抑制することができる。一方、入力電圧Ｖｉｎが容量負荷電圧Ｖｃを巻数比Ｎで除算した値よりも小さい場合には、第２補正指令値Ｉｒｅｆ２’は第２指令値Ｉｒｅｆ２よりも大きくなり、期間βにおいてリアクトル電流ＩＬが減少した後、第２指令値Ｉｒｅｆ２となる。そのため、期間αにおいて、リアクトル電流ＩＬをより大きくすることができ、充電期間を短縮することができる。

【0162】

＜変形例＞
・上記第１実施形態において、第２モードから第３モードへと切り替える際に、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとが等しくなるように第１所定値Ｖ１を設定した。しかしながら、第１所定値Ｖ１を所定の補正値ΔＶ１を用いて補正し、第１所定値Ｖ１を次式（７）により設定してもよい。

【0163】

Ｖ１＝Ｎ×Ｖｉｎ／（２×（１−Ｄｕｔｙ０））−ΔＶ１…（７）
トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとに差が生じていたとしても、実際には直ちに大電流が生じるとは限らない。すなわち、容量負荷３０、配線、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２の抵抗、各スイッチング素子における損失や、各ＰＷＭ信号の指令値と実際のＤｕｔｙ値との差異等によって、実際の出力電圧Ｖｏｕｔと、理論値との間に差が生じる。そのため、実際には、電流値が無限大となることはない。そして、その電流値が回路中の素子の耐電流より小さい電流値であるならば、その発生を許容することができる。

【0164】

ところで、第３モードの制御を行った場合、上述したとおり、容量負荷３０への充電速度を上昇させることができる。したがって、第１所定値Ｖ１から正の補正値であるΔＶ１を減算し、第３モードの制御をより早期に開始することにより、第１所定値Ｖ１として理論値を用いる場合と比較して、容量負荷３０への充電速度を上昇させることができる。

【0165】

なお、補正値ΔＶ１は、負の値とすることもできる。この場合は、第１所定値Ｖ１が大きくなり第３モードへの移行が遅れるため、容量負荷３０への充電速度は低下する。一方、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの差により発生する電流を、より一層抑制することができ、回路中の素子へ負荷をかけない回路とすることができる。

【0166】

・上記第１実施形態において、第３モードの制御を行う際に、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとが等しくなるようにＤｕｔｙ３を設定した。しかしながら、容量負荷電圧Ｖｃを所定の補正値ΔＶｃを用いて補正し、Ｄｕｔｙ３を次式（８）により設定してもよい。

【0167】

Ｄｕｔｙ３＝１−Ｎ×Ｖｉｎ／（２×（Ｖｃ＋ΔＶｃ））…（８）
上述の通りトランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとに差が生じていたとしても、実際には直ちに大電流が生じるとは限らない。そこで、Ｄｕｔｙ３を算出する際に、容量負荷電圧Ｖｃに補正値ΔＶｃを加算することにより、Ｄｕｔｙ３を理論値より大きくすることができる。これにより、チョークコイル１１への入力電圧Ｖｉｎの印加時間を長くして充電に用いる電流をより大きくすることができ、ひいては、充電の速度をより上昇させることができる。また、補正値ΔＶｃは、上記の補正値ΔＶ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、補正値ΔＶｃを、容量負荷電圧Ｖｃの上昇に伴って変化させてもよい。

【0168】

なお、補正値ΔＶ１は、負の値とすることもできる。この場合は、Ｄｕｔｙ３の値が小さくなり、チョークコイル１１の電流が増加する期間である期間αが短くなるため、容量負荷３０への充電速度は低下する。一方、トランスＴｒの出力電圧Ｖｏｕｔと容量負荷電圧Ｖｃとの差により発生する電流を、より一層抑制することができ、回路中の素子へ負荷をかけない回路とすることができる。

【0169】

・上記第１実施形態において、出力電圧Ｖｏｕｔが第２所定値Ｖ２以下の場合に第１モードとし、出力電圧Ｖｏｕｔが第２所定値Ｖ２より大きく第１所定値Ｖ１以下の場合に第２モードとし、出力電圧Ｖｏｕｔが第１所定値Ｖ１より大きい場合に第３モードとした。しかしながら、出力電圧Ｖｏｕｔが第２所定値Ｖ２より小さい場合に第１モードとし、出力電圧Ｖｏｕｔが第２所定値Ｖ２以上であり第１所定値Ｖ１より小さい場合に第２モードとし、出力電圧Ｖｏｕｔが第１所定値Ｖ１以上の場合に第３モードとしてもよい。第３実施形態についても同様である。

【0170】

・上記第１実施形態において、第１モード、第２モード、及び、第３モードの制御周期は、等しい値であるとしたが、各モードにおいて、制御周期が異なっていてもよい。すなわち、各モードにおいて、第１ＰＷＭ信号の制御周期と第２ＰＷＭ信号の制御周期とが等しければよい。また、上記第２実施形態において、第１モードと第３モードの制御周期を異なる値としてもよい。第３実施形態についても同様である。

【0171】

・上記各実施形態において、第１モードの期間γの終了時においてチョークコイル電流がゼロとなるように、ＯＮ期間の長さＴ１を設定することが好ましいが、必ずしもこの限りではない。期間γの終了時にチョークコイル電流がゼロとならないように、ＯＮ期間の長さＴ１を設定した場合には、第１モードの制御が繰り返されることにより、チョークコイル電流は漸増する。この場合には、漸増するチョークコイル電流が、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の定格電流値を超えないように、ＯＮ期間の長さＴ１を設定すればよい。

【0172】

・上記第１実施形態及び第３実施形態において、第２モードの期間γの終了時にチョークコイル電流がゼロとなるように、ＯＮ期間の長さＴ２ｈ及びＴ２ｌを設定することが好ましいが、必ずしもこの限りではない。期間γの終了時にチョークコイル電流がゼロとならないように、ＯＮ期間の長さＴ２ｈ及びＴ２ｌを設定した場合には、第２モードの制御が繰り返されることにより、チョークコイル電流は漸増する。この場合には、漸増するチョークコイル電流が、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の定格電流値を超えないように、ＯＮ期間の長さＴ２ｈ及びＴ２ｌを設定すればよい。

【0173】

・上記各実施形態において、期間αにおけるチョークコイル電流の増加量と、期間βにおけるチョークコイル電流の減少量が等しくなるように、ＯＮ期間の長さＴ３を設定することが好ましいが、必ずしもこの限りではない。期間αにおけるチョークコイル電流の増加量よりも、期間βにおけるチョークコイル電流の減少量が小さくなるように、ＯＮ期間の長さＴ３を設定した場合には、第３モードの制御が繰り返されることにより、チョークコイル電流は漸増する。この場合には、漸増するチョークコイル電流が、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２の定格電流値を超えないように、ＯＮ期間の長さＴ３を設定すればよい。

【0174】

・上記第１実施形態の第１モードにおいて、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとするタイミングから、次に第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとするタイミングまでを１制御周期と定義しているが、制御周期の定義はこれに限られない。例えば、第１スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦとするタイミングから、次に第１スイッチング素子Ｑ１をＯＮとするタイミングまでを１制御周期としてもよい。他のモードにおいても同様に、制御周期の定義は、上記の実施形態に限られることはない。また、上記第５実施形態における１制御周期の定義も、上記の例に限られることはない。例えば、図８（ａ）に示した第１モードの制御において、１／４制御周期としている、期間βと期間γをそれぞれ１回ずつ含む制御周期を、１制御周期として定義してもよい。また、この場合においても、制御周期の始期を、スイッチング素子をＯＦＦとするタイミングとしてもよい。

【0175】

・上記第７実施形態において、第２指令値Ｉｒｅｆ２を補正するものとしたが、この補正を行わないものとしてもよい。この場合には、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の一方をＯＦＦとしたタイミングで、リアクトル電流ＩＬが第２指令値Ｉｒｅｆ２となる。また、このような制御を行う場合では、ＯＮ期間の短いほうのスイッチング素子のＯＮ期間を一定とし、他方のスイッチング素子のＯＮ期間を変更するものとしてもよいし、両方のスイッチング素子のＯＮ期間を可変としてもよい。

【0176】

・上記第７実施形態において、第２実施形態のごとく、第２モードの制御を行わないものとしてもよい。

【0177】

・上記各実施形態において、電力変換装置がハイブリッドカーに備えられるものとしたが、ハイブリッドカー以外においても適用可能である。また、ＤＣＤＣコンバータ１０を、双方向に電力の授受を可能なものとしたが、第１コイルＬ１側から第２コイルＬ２側への電力の供給のみが可能なものとしてもよく、その場合には、ブリッジ回路１４をダイオードブリッジ回路とすればよい。

【符号の説明】

【0178】

１１…チョークコイル、１２…所定接続点、１３…センタータップ、１４…ブリッジ回路、１６…容量負荷電圧検出手段、１７…パルス生成部、２０…二次電池、３０…容量負荷、Ｌ１…第１コイル、Ｌ２…第２コイル、Ｑ１…第１スイッチング素子、Ｑ２…第２スイッチング素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】